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引言 隨著射頻設計者快速投入到支持長期演進(LTE)手機無線標準的新產品的開發過程中，理解LTE的測試需求變得更加重要，因為該技術已經越來越普遍。對于無線通信產業，這些改變幾乎與模擬到數字的轉變一樣重要，這需要新的測量測試儀器。本文介紹了LTE的概念以及測試工程師面臨的挑戰。 LTE是什么？ LTE是3GPP手機網絡定義的下一代無線網絡技術，允許運營商越過其他已有的無線接入技術提供同樣的應用和服務，能實現非常高的數據率，為終端用戶提供顯著提升的用戶體驗。基于LTE的網絡和基于正交頻分復用(OFDM)并采用多輸入多輸出(MIMO)的傳輸方式，有時也稱之為4G。 測試挑戰 LTE測試有兩個主要的挑戰：從單載波到多載波的OFDM調制信號以及從SISO(單輸入單輸出)到MIMO的信號傳輸流。 OFDM信號有多個子載波，互相之間精確排列并占用較寬的帶寬(達到20MHz)，較大多數射頻工程師熟悉的傳統單載波信號更加復雜。從各個方面測量這些信號對于確認無線電通信的正確工作并在出問題時快速診斷出問題所在區域非常重要。例如，測量在整個頻道內每個子載波的調制質量，即EVM(誤差向量幅度) 測量，可探測出放大器、濾波器、頻率響應波形，或窄帶干擾問題。簡單地說，在覆蓋整個傳輸幀的整個時間段內測量EVM分量，可探測出由放大器熱效應、失效以及開關或頻率引起的問題。 OFDM信號較單載波信號具有更高的峰值-均值比(PAR)，這增加了發送級功率放大器增益壓縮引起誤碼的可能性。與WiMAX不同，LTE在移動設備中使用不同的調制方法(SC-FDMA)來進行補償。但這增加了放大器的功率消耗，使基帶處理變得更加復雜并最終造成更多功耗。 MIMO 從SISO到MIMO的轉變需要新的測量和測試儀器，來滿足對多信號流的測量。MIMO是商用無線電技術自從模擬過渡到數字傳輸以來最為重要的轉變之一。下一代無線標準，如WiMAX、HSPA+和LTE都是基于MIMO的系統，也對商用通信設備的設計者提出了新的挑戰。因為用戶需要更多的服務和更可靠的連接，今天的MIMO系統能提供更高的吞吐量或更廣范圍的覆蓋，然而這就需要新的技術，如波束成型，來增加發送機、接收機和單個設備上的天線的數量。 MIMO測量由復合多信號流數據通道和單信號流構成。通過一系列新的測量幫助確定信號的質量和MIMO系統的信道質量，包括信道響應、N×M MIMO發送機的單路空間流功率、矩陣情況、發射機分離多路信號流傳輸的能力和星座圖。 典型的MIMO系統如圖1所示。 
圖1 在LTE系統中的典型MIMO系統 MIMO系統的性能依賴于信道的表現。因此發送機和接收機須采用多通道模型進行測試，依靠預定義的標準和用戶定義的模型保證設計在各種外部環境下的一致性能。信道在很多情況下都會使信號失真，如周圍物體的反射會造成信號的多徑效應，使一些信號在不同的時間到達接收機。多徑效應引起幅度變弱及時間、相位延遲。越多的通道失真疊加到信號中，接收機算法就越有可能解析出原始的傳輸信號。如果發送機或接收機進一步加入幅度、時間和相位誤差，信道將不能精確建模，符號就不能被有效分辨出來。 測試儀器 除了要確保高測量集成度，應用于LTE的測試儀器還必須快速和靈活。SISO測量將持續在MIMO基礎架構和用戶儀器上實現，可執行SISO測量并可升級支持八通道精確同步MIMO信號的信號發生器和分析儀組成的MIMO測試儀器將節省時間和成本。因為LTE將與其他無線標準，如GSM、W-CDMA和 WLAN在設備上一同工作，測試儀器就必須適應多種標準，包括信號帶寬達到40MHz的非移動電話標準，同時還需要具備時間和成本的優勢。 針對LTE的下一代測試儀器將采用高速DSP技術來進行信號處理，而不是沿用傳統的微處理器，這樣才可以快速的對高度復雜的多種無線標準進行測試。圖2所示為吉時利公司的4×4 MIMO射頻測試系統。
圖2 吉時利的4×4 MIMO射頻測試系統 對于波束成型，測試儀器需要有能力控制每個信號源的幅度和相位，這樣才能在恰當理解信道的基礎上建立需要的射頻輻射方向圖。 實際應用中，精密的MIMO測量測試儀器，如信號源和分析儀，需要對本地振蕩器進行相位校準，并對參考頻率、D/A、A/D采樣率進行時間校準，來最小化它們對信道的影響。理想情況下，相位誤差小于1度，時間誤差小于1ns可帶來精確的結果。 結語 LTE的逐漸普及對射頻設計者提出了前所未有的測試挑戰。信號更加復雜，需要新的和更廣闊范圍的測試。因此，測試儀器制造商必須設計出具備更高測量集成度和更大靈活性的儀器，來適應這些新的測試需求，并幫助設計者節省時間、降低測試成本。 作者：吉時利儀器公司射頻市場總監 Mark Elo 來源:電子設計應用2009年第11期 |
