無線MIMO測試開發策略

圖3 EVM星座圖提供潛在MIMO系統問題的示意圖，這些問題包括噪聲（模糊的圓點），I/O不平衡（偏移的圓點）和相位噪聲（圓點變成了圓環）

這樣的顏色定義的圖表讓發射信號問題的定位十分簡單。例如，紅色或藍色的子載波星座點如果從理想的白色點偏移就表示I/Q不平衡，而星座點出現模糊則表示傳輸信號有噪聲，星座點呈現圓環狀則意味著過多的相位噪聲。

與更為常見的X-Y坐標圖一起，信道的一系列測量顯示了MIMO系統中相對子載波的標圖矩陣和信號矩陣的健康程度。圖4中對信道翻轉和符號傳輸的系統能力的測量，可以用來確定MIMO系統中各個信號流的正交性。通過傳輸反轉的符號，系統的覆蓋性可以得到分析，通過傳輸并行的符號，系統吞吐量可以得到評估。

圖4 X-Y圖示表明了MIMO信道子載波的正交性，標示了子載波的情況

信道響應測量顯示了子載波的平坦度，這是子載波。例如一個IEEE 802.16e OFDM信道上的測量（如圖5所示），綠色的軌跡顯示了信號從第一個發射機（Tx0）到第一個接收機（Rx0）的功率；上面的紅色軌跡顯示了信號從第二個發射機（Tx1）到第二個接收機（Rx1）的功率；藍色軌跡顯示了信號從第一個發射機（Tx0）到第二個接收機（Rx1）的功率；下面的紅色軌跡顯示了信號從第二個發射機（Tx1）到第一個接收機（Rx0）的功率。對應子載波的功率電平指出了信道平坦度，主要信號和間接信號的區別顯示了信道隔離（圖例中小于40dB）。這些測量通過直接將發射機和接收機用同軸電纜連接來進行。

圖5通過直接連接MIMO的發射機和接收機，可評估信道平坦度和信道隔離度，示例中為一個2×2 MIMO系統

一系列針對時域和頻域的測量可以顯示出MIMO性能在不同的情況下會改變。例如，對應OFDM符號時間的EVM測量可以指出隨著時間變化的干擾問題或性能變化。對應子載波的EVM測量可以用來分析帶內噪聲效應，例如，假信號。針對OFDM符號時間的功率測量可分離出帶內幅度偏差。針對OFDM符號時間的頻率測量可以用來檢查頻率精度，分離出一個信息包內一段時間的頻率漂移問題。

硬件構造
針對MIMO測量的測試系統必須精確地模擬MIMO系統的工作，可以產生需要的信號頻率、幅度和相位，可以在測試設備（DUT）中捕獲和分析信號。測試系統必須支持采用的調制格式，并支持測試中的所有調制帶寬。對于測試信號產生過程，一個任意波形發生器或者矢量信號發生器（VSG）需要提供對產生實際測試信號的控制，而一臺矢量信號分析儀（VSA）可以作為測試接收機。為MIMO系統設計的一切測試系統應該能提供配對發射機和接收機數量需要的測試信號源數量和信號分析儀數量，還應該能滿足以后的升級需求。例如，吉時利公司提供的MIMO測試系統可從單一VSG和VSA升級到8×8信道系統，并可以靈活的對信號源和分析儀在那個范圍里面進行配置。

如果多個信號源和分析儀的同步是MIMO測量中最基本的，那么這些儀器還需要一個普通的參考示波器。例如，在圖6所示的吉時利公司(www.keithley.com)的2×2 MIMO測量系統中，VSA和VSG設備需要專門的同步組件。這些組件提供一些通用的信號，例如，本地振蕩、通用時鐘和精確觸發，提供低的采樣和RF載波相位抖動，這對于OFDM MIMO信號的精確和可重復測量是非常必要的。特別的，同步組件提供低于1°的峰峰值抖動。

圖6 這個MIMO測試系統基于多通道向量信號發生器（VSG），向量信號分析儀（VSA），和由計算機控制工作的同步組件和客戶定制測量軟件

MIMO測試系統的有效和簡單使用也要同時依靠系統的測試軟件。隨著MIMO技術在無線通信系統中的不斷采用，實用測試軟件(off-the-shelf test software)在簡單化系統和信道測量中得到普遍采用。例如，吉時利公司的SignalMeisterRF通信測試工具包軟件Model 290101，提供了諸如WLAN 802.11n和WIMAX 802.16e Wave 2等MIMO應用的復雜信號產生和信號分析能力。這個軟件包與吉時利公司的VSG、VSA和MIMO同步組件無縫配合，為復雜的通信系統組建了一個完整的測量系統。除了EVM和MIMO信道響應測量，該軟件還可以應對SISO系統的評估。

我們目前討論的測試和測量可以用來評估理想狀態下MIMO通信系統和系統中元器件的性能。不過在信號較弱的情況下MIMO系統的表現又該如何呢？在這種情況下，需要不同種類的測試類型，例如，信道模擬器。它提供了在信道削弱情形下MIMO系統和元器件的分析方法，這些削弱包括信號衰減、高斯白噪聲(AWGN)、信道串擾、甚至多普勒效應――通常由車內通信終端針對基站的移動產生。

信道模擬器必須作為MIMO系統中的發射機和接收機，還必須具備削弱信號和增加延時等模擬真實世界環境的能力。一個合格的信道模擬器還提供軟件定義無線電模組，例如，WiMAX中的ITU M.1225 A和B。一個實用的信道模擬器必須超越被測系統的性能，并提供需要時用于生產測試的能力。模擬器還需要具有雙向功能，這樣既可以提供上行鏈路測試還能提供下行測試。通過另外提供互易校準測試（calibrated reciprocal tests），模擬器對于采用波束成形技術的MIMO系統測試非常有用。最后，盡管本文舉的例子是針對2×2 MIMO系統的，但一個有效的信道模擬器還能支持4×4 MIMO系統，來實現各種MIMO系統的完整支持。例如，Azimuth系統公司(www.azimuthsystems.com)的ACE 400WB信道模擬器就是一個支持4×4 MIMO系統測試的雙向組件。