基于多通道寬帶示波器的MIMO射頻測試調(diào)試

多輸入多輸出（MIMO）技術通過使用多個天線傳輸兩路或四路數(shù)據(jù)流，為單個用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的提升提供了可能性。例如，此前有介紹LTE 的文章曾指出，64 QAM 2x2下行鏈路FDD MIMO和64 QAM 4x4下行鏈路FDD MIMO可分別提供高達172.8Mbps和326.4Mbps的峰值數(shù)據(jù)速率。但是，與單輸入單輸出（SISO）單個天線相比，實現(xiàn)雙通道或四通道MIMO將會增加復雜性，從而影響可能達到的峰值數(shù)據(jù)速率，而且硬件設計和實施方面的不利影響（例如天線串擾和定時誤差）有可能降低多天線技術可能帶來的性能增益。

　　另外，多天線技術的實現(xiàn)過于復雜，使得對硬件性能問題進行故障診斷和調(diào)試頗具難度；增加天線和數(shù)據(jù)流數(shù)量（從2x2 MIMO增加到4x4 MIMO）將進一步增加調(diào)試的復雜程度。

　　本文主要討論天線串擾損害、相位噪聲和定時誤差對MIMO下行鏈路系統(tǒng)性能的影響，以及采用了時間相干多通道示波器和89600矢量信號分析儀（VSA）軟件的故障診斷技術，希望能夠幫助工程師深入了解誤差機制對硬件誤差矢量幅度（EVM）性能和系統(tǒng)級射頻發(fā)射機性能的影響。本文將以LTE作為研究對象，其概念也可應用到其他信號格式中，例如 Mobile WiMAX。

　　LTE MIMO參考信號和EVM

　　LTE MIMO交叉生成一個貫穿頻域和時域的已知信號，稱為參考信號（RS）。該信號是恢復MIMO 信號的基礎，因為它允許每個接收天線針對各個發(fā)射機建立一個信號參考。圖1顯示了如何將參考信號的各個符號分配到兩個天線下行鏈路信號的子載波中。

　　如圖所示，y軸表示參考信號的子載波分配（每六個子載波），x軸表示時間交叉。注意，從占用子載波和時間（符號）兩方面查看天線0和天線1之間參考信號的變化。

　　圖 1――兩個天線的下行鏈路參考符碼的正交結構

　　誤差矢量幅度（EVM）是描述射頻發(fā)射機性能的重要系統(tǒng)指標。通過對RS EVM和復合EVM 進行比較，不僅可以幫助工程師深入了解發(fā)射機硬件設計減損，還能夠幫助診斷天線串擾、放大器增益壓縮失真、相位噪聲和其他誤差機制等特定減損。

　　下面的案例將闡明如何利用RS EVM和復合EVM 來深入了解可能會影響系統(tǒng)性能誤差的減損類型。該案例還將重點研究發(fā)射天線定時誤差對參考信號正交性的影響，并在解釋天線串擾、星座圖和EVM測量結果時，說明如何考慮這種影響。

案例研究——MIMO下行鏈路射頻發(fā)射機測量

　　本案例研究中使用的四通道 MIMO 測試設置如圖 2 左側所示，它是由四個帶有任意波形發(fā)生器的安捷倫信號發(fā)生器和一個安捷倫四通道Infiniium 90000A系列示波器組成。如下所示，多通道示波器非常適合雙通道和四通道 的MIMO 測量，因為它們提供時間相干多通道輸入、可測量射頻調(diào)制載波的寬帶寬，以及更深層的存儲器來分析多個數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀可通過 Agilent 89600 矢量信號分析（VSA）軟件進行解調(diào)。

　　使用VSA軟件和多通道寬帶示波器進行基線四通道MIMO測量的結果如圖2右側所示。圖2左側顯示了兩層（共四層）空間多路復用數(shù)據(jù)的16 QAM 物理下行鏈路共享通道（PDSCH）星座圖（此處沒有顯示第2和第3層）。VSA顯視屏的右上方顯示了射頻頻譜圖，VSA顯視屏的右下方顯示了誤差匯總表。注意，基線測試案例的剩余復合EVM（VSA 顯示屏右下方）小于 0.8%，說明0層和1層的星座圖狀態(tài)很清晰（VSA 顯示屏的左側）。