八通道信号分析系统应对TD-LTE双流波束赋形测试挑战

双流波束赋形概念在 3GPP Release9 的 LTE 标准中提出来，同时也是 TD-LTE 标准中最为重要的关键技术之一。它的提出，主要是为了解决多天线条件下，如何有效提升系统吞吐率，以及在 TD-LTE 同频组网情况下，如何解决小区边缘用户由于同频干扰而导致吞吐率下降的难题。本文将在阐述双流波束赋形原理的基础上，重点讲述 TD-LTE 双流波束赋形技术的测试难点和挑战，并详细介绍安捷伦公司针对该技术特点而最新推出的八通道双流波束赋形测试解决方案。

一、基本原理阐述

在 3GPP release9 的 LTE 标准中，新增加了一个传输模式 8，也就是业界通常提到的 TM8 (Transmission Mode 8)。在这种模式下，eNB 端可以发送单流的port7 或 port8 的下行信号，也可以发送同时包含 port7 和 port8 的下行信号，也就是我们这里提到的双流波束赋形。

实际上，波束赋形技术本身，并不是一个新鲜的概念。这个概念早已经在雷达、航空航天以及太阳能系统中得到了广泛的应用。从本质上，波束赋形是一种多天线技术，通过对每个天线的发送信号在幅度和相位上进行加权，从而使得各天线进行相长相干或是相干相消，以使发送的信号具有空间选择性。

下图是在不同的天线数目情况下，仿真得到的赋形效果图 :

目前 TD-LTE 产业界普遍采用 8 天线的方法实现波束赋形，从 release8 标准中提出单流波束赋形，到目前 release9 提出的双流波束赋形，对应的实现方式和实现效果如下图所示 : 

TD-LTE 的 eNB 端，无论是实现单流还是双流波束赋形，几乎无一例外地采用了 8 天线技术，其实现方式如下框图所示 :

从上图不难看出，在信号生成到发射的流程中，3GPP 对此都做了严格的规定，而对于波束赋形部分，标准中并未强制规定采用何种加权矩阵和算法，因此，各个厂商在具体的实现方法上均不尽相同。这也对后续的测试提出了一定的要求和挑战。

二、目前业内的主流测试方法及主要问题

与传统的实现方式不同，TD-LTE 的双流波束赋形在实现上采用了 8 天线技术，同时又利用了LTE 标准中关于MIMO 的相关概念，因而其测试难度也显著增加。目前，大多数的厂商在做系统级验证时大多采用的如下所示的方法 :

由上图所示，经过校准的 8 根天线上的射频信号通过一个配置为 8x2MIMO 的信道仿真器，将两路输出信号发送至 UE 终端，UE 根据信道条件和自身测量结果，会将对信道的反馈信息 ( 如 CQI,RI 等 ) 再通过另外一台配置为 2x8 MIMO 的信道仿真器将 8 路信号回传至 eNB 的 8 根接收天线。最终，双流波束赋形的效果将从 UE 终端的吞吐率结果得以验证。

对于 eNB 端测试而言，上述测试方法有如下几个疑问需要进一步解决 :
1) 赋形效果的好坏只是通过唯一的吞吐率结果给出，如果 UE 测得的吞吐率结果不符合预期，如何定位问题所在 ?

2) eNB 端的 BBU 算法工程师可以从基带数据绘出预期的波束赋形效果图，而信号一旦经过 RRU 之后，如何从空口直接观测到实际赋形效果 ? 换言之，如何验证每根天线上的加权系数是否符合预期，并且验证 RRU 端的校准过程准确无误 ?

3) 双流波束赋形引入了两个新的天线端口 port7 和 port8，如何有效测得每个端口的实际工作状态，包括 EVM, 星座图，RB 分配情况，DCI 解码信息，CRC 检验结果等。

4) 当出现测试结果与预期结果不相吻合时，如何利用第三方工具定位问题出在 eNB 端的实现上还是信道仿真器的配置上 ?

安捷伦公司最新推出的 8 通道信号分析系统 N7109A，配合功能强大的89601B VSA TD-LTE 信号分析选件，完美解决了以上难题，为 eNB 研发工程师提供了一套实用的分析工具。

三、安捷伦最新推出的八通道双流波束赋形方案介绍

如图所示，基于安捷伦 8 通道的 TD-LTE 双流波束赋形解决方案，将信号直接从 eNB 的耦合盘通过功分器引出 ( 另外一路则正常通过信道仿真器 )，从而实现对纯净的未经过衰落的 eNB 发射信号进行解调解码分析，以可视化的形式给出赋形效果图。

与此同时，该方案也可在研发早期阶段，进行半实物仿真时定位分析问题。此时测试系统搭建上则更为简单，直接将 8 根射频线缆送入 8 通道N7109A 即可。

下面，就一个实测结果做一个简要分析 :
以上是安捷伦 89601B VSA 软件分析得到的一个测试实例截图。由于测试的是双流波束赋形，所以给出每层 (layer) 的 EVM，星座图，资源块分配以及CRC 检验结果。

更为有效直观的显示结果，是每路天线上的加权系数，以及最终绘得的实际天线赋形效果图。图中用不同颜色区分了不同用户，并且用蓝色绘出广播信道的赋形效果。不仅如此，通过改变赋形效果图的坐标系，还可以方便读取出每组天线赋形后的波束方向角度以及赋形增益。