如何快速准确的仿真多天线环境 - 全文

　　本文在介绍CATR联合CMCC进行的TD-LTE实验室测试的基础上，着重介绍复杂信道模型的interwetten与威廉的赔率体系 。思博伦新一代信道模拟器VR5-HD充分考虑了目前和未来的需求，支持所有TD-LTE，及LTE-A的测试，真实的模拟无线信道环境，使用方便，连接简单，重点介绍其对本次测试的支持情况。

　　TD-LTE多天线测试

　　1.1 MIMO and beamforming

　　MIMO，即多输入多输出，因为可以成倍的提高系统容量，成为LTE的指定威廉希尔官方网站 之一。另一方面，TD-LTE具有天然的上下行信道对称性，可以利用多天线来实现beamforming，从而提高增益，降低干扰。事实上，在TDD的3G阶段，TD-SCDMA即充分利用上下行信道的对称性实现beamforming。TD-LTE创新的提出了双流beamforming，即MIMO+beamforming威廉希尔官方网站 ，同时实现提高容量和降低干扰提高增益，是TD-LTE的最显著的特点。

　　上下行信道对称性又叫信道互易性，在测试beamforming时，必须满足天线的互易性。

　　天线

　　TD-LTE基站有两种天线配置，一种是两天线，即2*2MIMO，该配置只使用MIMO威廉希尔官方网站 ，不使用beamforming威廉希尔官方网站 ，主要应用在室内及微蜂窝场景;另一种是8 天线，即8*2MIMO，该配置将8天线分为两组，每组包括4天线，组内使用beamforming，组间使用MIMO发送双流。这就是双流 beamforming。8天线配置是将来的主要方向，也是我们测试的主要内容。

　　8天线带来一个挑战，因为天线各天线平行放置，且有一定的间隔，使得天线的尺寸较大，不易于工程使用。所以从3G开始，都使用+-45°的双极化天线，尺寸约缩小了一半，大大增强了实际可用性。同时，双极化天线因为两组天线的相关性天然降低，有利于提高MIMO容量。

　　图1 TD-LTE应用的双极化8天线

　　CMCC还要求使用方向性天线，进一步提高天线覆盖的效率。

　　在模拟无线信道环境时，必须模拟天线的极化及方向性，否则造成信道模型及输出功率不正确。

　　多天线无线信道环境仿真

　　因为可控性、可重复性、可对比等特征，实验室评估测试越来越受到重视，有着实际外场测试不可替代的优点，成为在外场验证之前必不可少的关键一步。那么在实验室模拟真实的无线环境就成为一个课题，即如何在实验室真实、快速的仿真无线信道环境，从而在实验室构造完整的测试环境，验证网络设备或终端。

　　TD-LTE要求8通道的互易信道，对系统集成度提出了更高要求;多天线威廉希尔官方网站 特有的信道模型均要求更优的信道模拟器的可靠性和真实性;同时由于测试复杂，周期长，希望使用方便，实时处理，实时仿真。

　　思博伦作为90年代即推出信道模拟器的工业标准，不仅提供经济的方案，最新一代高集成度信道模拟器提供了最领先且易用的方案。可实时模拟所有要求的信道模型，内置功率计，方便的GUI，简单的连接，从而快速准确的进行测试。

　　TD-LTE研发威廉希尔官方网站 试验的要求

　　研发威廉希尔官方网站 试验包括两类测试。一类是上行解调测试，主要是验证基站在指定的信道环境下接收机的解调性能，要求得到在不同吞吐量下的信噪比，对接收机性能做出评估和比对。

　　图2 上行解调测试结构图-SR5500M

　　另一类是双向测试，主要验证MIMO，MIMO加beamforming的在不同信道环境下双向测试，要求画出吞吐量与信噪比的曲线，对整体性能做出评估和比对。

　　图3 双向8*2测试结构图-VR5-HD

　　从以上测试要求可以看到，信道衰落环境仿真起着至关重要的作用，要求信道模型真实，噪声电平、输出功率等精确易控，设备可靠，同时因为环境复杂，要求信道模拟器连接尽量简单，操作方便，测试效率高等。

　　2.1 硬件基本要求

　　在上行解调的测试中，要求单向8通道的测试能力，无需外部设备或衰减器。

　　在双向测试中，要求双向8通道的测试能力，无需外部设备或衰减器，相位校准方便、精度高、校准周期尽量长等。

　　输入输出应具备实时功率计，并支持实时的脉冲模式测量以满足TD-LTE的要求，实时观察各端口功率。

　　仪表具有良好的可靠性，各端口具备过载功率保护措施，不易损坏。

　　仪表的维修和校准应该在本地，在出现异常情况能快速处理并恢复。

　　功能要求

　　支持所有信道模型：支持基于几何地理的SCME模型和IMT-A M.2135规定的信道模型。

　　信道模型必须是基于几何地理方法的，不能用基于相关矩阵的信道模型来近似。

　　支持天线极化和天线方向性的设置。

　　仪表的功率精确，保证输出的信噪比精确，对测试结果的评估至关重要。

　　仪表具备较高的动态范围，测试要求的信噪比及噪声功率需要覆盖非常宽的范围，要求仪表的动态范围尽可能大，这样保证可以满足最低和最高的功率要求，找到设备的临界点。

　　思博伦先进信道模拟解决方案

　　3.1 思博伦简介

　　思博伦通信的无线通信测试系列产品能够为2G、2.5G、3G、4G移动通信系统和WLAN/WiMAX系统提供目前最先进的和最精确的测试解决方案，它贯穿了产品的研发、系统性能测试、质量保证、生产测试、产品评估、设计验证、一致性测试及入网认证的整个过程。思博伦无线信道仿真器作为工业标准已有20年的历史，见下图的演变：

　　图4 思博伦无线信道仿真器系列

　　SR5500/SR5500M是使用最广泛的信道仿真器。 SR5500-M提供了对LTE/WIMAX等威廉希尔官方网站 对于MIMO，SCME/IMT-A M.2135等空间信道模型等新威廉希尔官方网站 的支持。SR5500M提供模块化、灵活的测试配置(单模块提供2个物理射频通道、4内部通道、96条径)，既满足多个测试项目同时进行的需要，也能组合起来满足大规模测试的需要。

　　思博伦新一代的信道模拟器产品平台VR5-HD，充分考虑到B3G, 4G的测试需求，在多个方面的指标上进行了大的提升。比如更易于使用和场景创建(天然双向连接和GUI设计的配合，触摸屏和外部电脑控制等)，支持更高的带宽(100M)，更广的频段覆盖(400M~6G)，在一台设备里支持更多的信道数目(最大到8*4MIMO，同时也继承了SR5500M的模块化和可级联设计思路)，支持未来的LTE-A的测试需求(如载波聚合)等。

　　新一代平台：VR5-HD

　　VR5-HD可以支持各种多通道配置的MIMO及波束成型测试。支持所有的3GPP一致性测试信道模型，支持基于几何地理的信道模型，如SCME，IMT-A M.2135等。并可自定义任何信道模型。

　　和SR5500相同，VR5-HD为实时信道模拟器，实时信道模拟意味着具备超长的随机序列，最真实的仿真真实场景，同时实时修改参数，给测试带来了极大方便，无需重新编辑、编译、修改等繁琐、易出错的过程，只需在GUI中修改、编辑参数，回车即可完成所有测试。

　　VR5-HD的主控软件界面如下图，可设置：

　　接收机和发射机连线拓扑图

　　双向连接时灵和配置端口，方便连接

　　多径环境的所有参数

　　输出功率及输出的载噪比等

　　图5 VR5-HD图形用户界面

　　VR5-HD的基本测试能力

　　对于单台VR5-HD，可以支持以下各种配置情况下的MIMO测试：

　　图6 VR5-HD灵活的MIMO配置

　　用思博伦仪表完成测试

　　实时信道模拟器，真实的仿真信道场景;实时修改参数，测试效率大为提高;强大GUI，精确的信号和噪声功率，可信的测试结果;连接简单，端口灵活配置，测试简单。以上特点使VR5-HD非常强大的支持无线信道仿真的需要，特别是对于TD-LTE的多天线测试，最多可达16个射频通道，端口多，连接复杂，必须要有简单易用的连接方式，VR5-HD特有的8通道内置双工器无需外接任何器件即可完成双向8通道的连接，非常简单。

　　3.3.1上行解调测试

　　上行测试需要使用单向的1*8环境，支持SCME、IMTA信道模型，基站设置为交叉极化，终端设置为垂直极化，天线具有方向性。

　　在每种信道模型下，通过调整信噪比获得不同的吞吐量。

　　可方便的遍历终端速度、信噪比设置等。

　　上行解调测试可用SR5500M或VR5，下图是SR5500M的例子：

　　图7 上行解调测试连接

　　信道模型为实时的SCME或IMTA M.2135模型：

　　图8 SCME信道模型实时配置

　　3.3.2双向8*2测试

　　双向测试需要使用双向的8*2环境，支持SCME、IMTA信道模型，基站设置为交叉极化，终端设置为垂直极化，天线具有方向性。

　　双向测试必须保证上下行信道的互易性。所以开始测试前，需要执行相位校准。并保证相位校准的精度。相位校准的间隔应该尽量长。VR5-HD的校准精度在20M的带宽里达到5°，请校准周期可达到1周。大大提高了测试效率。

　　VR5内置双工器，无需添加然后外部器件即可完成双向测试：

　　图9 双向8*2连接

　　图10 双向8*2配置

　　小结

　　TD-LTE因为更多的天线，以及因为beamforming而必须同时进行上下行的双向测试，给实验室的信道模拟带来了较大的挑战。同时TD-LTE需要全新的业界最前沿的基于几何地理的信道模型，给信道模拟器的模拟带来了新的课题。