MIMO通信系統(tǒng)的射頻測試

　　隨著每一代技術(shù)的進(jìn)步，無線通信系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)比以前更高的數(shù)據(jù)吞吐量。從歷史上看，這個成績是通過更寬的通道帶寬、頻譜利用技術(shù)(如正交頻分復(fù)用 (OFDM)),以及更復(fù)雜的調(diào)制類型來實(shí)現(xiàn)的。

　　增加無線通道帶寬的最近創(chuàng)新技術(shù)之一是多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)。這種技術(shù)在許多無線標(biāo)準(zhǔn)中得到了實(shí)現(xiàn)，包括IEEE 802.11n、WiMAX和長期演進(jìn)(LTE)等。

　　實(shí)現(xiàn)MIMO通信系統(tǒng)的前提，是可以通過使用相同物理頻譜內(nèi)的多個“通道”來提高使用有限頻譜帶寬的通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。為做到這一點(diǎn)，發(fā)射機(jī)需要使用多個發(fā)射天線，每個天線發(fā)射一個獨(dú)特的經(jīng)過調(diào)制的信號。

　　接收機(jī)也使用多個天線，并且只需少量信號處理就能分離和解碼各個通道，這種技術(shù)被稱為空間復(fù)用。正如人們期望的那樣，這種系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)速率與通道數(shù)量成正比。在目前的MIMO收發(fā)器中，一般配置范圍從2x2至4x4，后者具有4個發(fā)射天線和4個接收天線。

　　精確測試MIMO收發(fā)器需要采用先進(jìn)的信號處理算法來復(fù)用和解復(fù)用各個空間數(shù)據(jù)流，并實(shí)現(xiàn)射頻矢量信號發(fā)生器和分析儀各通道之間的嚴(yán)格同步。MIMO系統(tǒng)測試面臨的挑戰(zhàn)，在于分離每個空間數(shù)據(jù)流比較復(fù)雜。

　　在商用領(lǐng)域，MIMO收發(fā)器可以通過對接收信號應(yīng)用通道矩陣來實(shí)現(xiàn)每個空間數(shù)據(jù)流的分離。這種矩陣對系統(tǒng)中的每個通道來說就是一組相位和增益特性，因此在測試MIMO設(shè)備時，儀器必須能夠通過應(yīng)用相似的通道矩陣來分離每個通道。

　　MIMO測試對儀器的同步要求是測試行業(yè)中最難實(shí)現(xiàn)的。在MIMO測試系統(tǒng)中，多通道射頻儀器的每個通道必須實(shí)現(xiàn)真正的通道至通道相位一致性。

　　為做到真正的相位一致性，要求每臺射頻儀器之間的所有合成本振(LO)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器/數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC)采樣時鐘和啟動觸發(fā)器直接同步。幸運(yùn)的是，軟件定義PXI儀器可以輕松滿足MIMO同步要求。這種儀器采用模塊化架構(gòu)，所有時鐘信號都可以共享。

　　使用NI的LabVIEW和PXI射頻信號發(fā)生器和分析儀，工程師可以產(chǎn)生和分析多通道相位一致射頻信號 (圖)。像四通道PXIe-5663E VSA和四通道PXIe-5673 VSG等儀器，可以實(shí)現(xiàn)小于0.1°的通道至通道抖動。另外，由于這兩種儀器在每個通道間共享公共本振，因此所有測量結(jié)果都不含不相關(guān)的通道至通道相位噪聲。

　　輕松應(yīng)對MIMO射頻測試的挑戰(zhàn)

　　滿足多通道射頻測試需求，比如MIMO標(biāo)準(zhǔn)和波束成形與直接發(fā)現(xiàn)應(yīng)用，對現(xiàn)有儀器技術(shù)來說是一個越來越大的測試挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，NI公司基于LabVIEW和 PXI的軟件定義儀器非常適合這些應(yīng)用，因?yàn)檫@些儀器可以提供高數(shù)據(jù)帶寬、軟件定義靈活性和多射頻信號的精密相位一致性。