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因应多信道无线测试配置　模块化仪器搞定多天线测量

2016-12-28 来源：新通讯作者：Sheri DeTomasi 字号：大中小

今天，有越来越多人倚赖无线设备来管理电子邮件、社交媒体、银行帐务，并且下载或串流影片和电影。在许多市场中，LTE和LTE-Advanced已经成为主流技术，而下一代5G标准也已经进入前期研究和定义阶段。在蜂窝通信应用中，LTE-Advanced是下一个最主要的技术增长领域，以因应消费者需求，直到5G技术能开始推出商用服务为止。

许多移动通信业者致力于部署LTE-Advanced多天线技术，以改善其移动通信系统的连接性和峰值数据速率。多天线技术可增加发射器、接收器或两者的天线数量，是提高系统容量的关键技术，目前已被应用于无线局域网络(WLAN)标准，如802.11n和802.11ac。

藉由部署多天线技术，业者可实现更出色的频谱效率和更高的峰值数据速率。以下为目前常用的技术：

路径分集(Path Diversity)

此技术在发射器或接收器端使用多个天线，藉以改善信号稳定性，或是让接收器能够正确地接收所发送的数据。路径分集也可部署为传输分集(Transmit Diversity)，以便透过发射器端的多个天线，将数据发送到单一接收器。路径分集还可部署为接收分集，透过单一发射器将数据发送到接收器端的多个天线。如果通道的讯噪比不佳，这两种多天线配置有助于改善信号稳定性。

空间多任务(Spatial Multiplexing)

这项用于多重输入/多重输出(MIMO)的技术，在发射器和接收器端使用两个或多个天线来提高空间效率。利用MIMO，在发射器或接收器端的每一个天线，可传送独立和单独编码的数据信号(数据流)。在通信电路的每一端，个别天线所传送的数据将结合在一起，以便尽可能减少错误，并且全面提升数据传输速度。MIMO被广泛用于许多提供高数据速率的无线技术，例如LTE、LTE-A、WiMAX和WLAN 802.11n/ac。空间多任务技术改进了空间效率和单一用户的数据传输速率。多使用者MIMO(Multi-user MIMO)是一种空间多任务形式，可在同一频谱上同时将数据传送给多个用户。

波束操控或波束成形

使用多个天线来进行定向发射，以便操控特定接收器的信号传输方向。相同的信号经由两个或多个空间分离发射器同时进行传输。此技术使用振幅和相位调整技术，以便用破坏性或建设性方式来结合多个传输信号。建设性(或相位同调)信号可用建设性方式结合起来，进而产生一个波束码型(Beam Pattern)。利用建设性组合，相结合的信号可在接收器天线上提供更多的能量，进而产生更稳定的信号，并且改善接收器端的讯噪比。波束操控/波束成形的好处包括更出色的选择性、干扰管理、更高的增益，并提供更好的讯噪比。

这些多天线技术被广泛用于当今的无线通信系统。多天线技术和多用户波束成形，预料将成为5G关键技术，可利用基站安装的数百只天线，在同一时间与多个移动设备进行通信。这项技术又称为Massive MIMO。

设计和开发使用多天线技术的通信系统时，随着天线数量不断增加，工程师须透过比以往更为复杂的配置来执行必要的系统验证测试。验证多天线配置带来了许多新的挑战，包括须同时分析多个发射或接收链路；以及对MIMO配置进行多信道同步测试。此外，在波束成形应用中，通道之间必须维持精准的时序和同步；而相位同调性可确保适当的通道间相位和振幅测量。多信道同步测试系统具有可扩充性，并可使用共享资源来进行触发和同步，有助于克服这些测试挑战。

图1、使用一个主要CLK来同步数据的撷取或播放。

相位同调性

想要让不同信号或信道维持同步是个困难的任务，这需要在多仪器环境中进行。一般而言，主要参考信号可用来校准所有的CLK信号。在(图1)所示的情况下，主要参考信号使用一条PXI触发线，将初始化触发传送到所有从属的模块。等到所有通道都准备好之后，则主要单元将送出一个触发事件的信号，接着所有模块将在下一个10MHz CLK信号源上开始运作。此方法可确保所有动作的开始时间均经过校准，因此所有信道可同时进行数据撷取或播放。

通用的频率参考提供时序校准，但不提供相位同调性。在波束成形应用中，这会带来问题，因为须透过振幅和相位偏移来建立波束码型。模拟真实世界的传输或测量时，通常需藉助通道之间的相位同调性。如果两个信号在时间上具有恒定的相对相位，代表它们具有相位同调性。如果每一次的信号产生或每个测量通道，都有其独立产生的信号，则每个信道的相位特性将各不相同，因而很难在多个通道之间实现恒定的相对相位。

藉由使用提供通道间相位同调性的模块化仪器，可以让所产生的信号或测量信道之间。具有相位稳定关系。要获致真正的相位同调性，方法之一是让每个通道共享一个本地振荡器(LO)，确保所有通道具有相同的相位特性。利用这种方法，分析仪中的每个降频器，或是信号源中的每个调变器，都共享相同的相位特性，包括相位误差。在恒定的相位和通道间时序偏差(每个仪器路径中的延迟)下，工程师可全面分析射频路径的特性，如(图2)所示。测量系统必须能够容纳信道之间的振幅和相位差异。如未经过校验，测量结果的准确度将会下滑。使用校验技术来修正偏移后，工程师可确定所有测量差异均来自于待测物，而非测试设备。进行修正时，首先需测量通道间的差异，然后再进行调整。其方法是针对每个分析仪通道，每次在每个信号源信道上产生一个已知的参考信号，然后对结果进行测量。(图3)显示校验对于波束码型准确度的影响。