《電子技術(shù)應(yīng)用》
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采用信道仿真器全面測試LTE系統(tǒng)
摘要: 短短幾年間,移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就已從開始時的緩慢不堪以致沒法實(shí)用,,發(fā)展到現(xiàn)今如 短短幾年間,移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就已從開始時的緩慢不堪以致沒法實(shí)用,,發(fā)展到現(xiàn)今如像Wi–Fi一樣好用,。隨著消費(fèi)者和商業(yè)應(yīng)用開發(fā)者急于找到能利用改進(jìn)的移動數(shù)據(jù)服務(wù)所需的方法,,技術(shù)專家也在努力提供更新、更快,、更強(qiáng)大的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)以支持這種需求,。
Abstract:
Key words :

        短短幾年間,移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就已從開始時的緩慢不堪以致沒法實(shí)用,,發(fā)展到現(xiàn)今如像Wi–Fi一樣好用,。隨著消費(fèi)者和商業(yè)應(yīng)用開發(fā)者急于找到能利用改進(jìn)的移動數(shù)據(jù)服務(wù)所需的方法,技術(shù)專家也在努力提供更新,、更快,、更強(qiáng)大的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)以支持這種需求。

  隨著用戶,、手機(jī)制造商,、應(yīng)用開發(fā)商和服務(wù)提供商都把注意力專注于將拉動市場增長的下一個大應(yīng)用,目前的手機(jī)行業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)已從“最少掉線”轉(zhuǎn)移到“最快網(wǎng)絡(luò)”上,。這種需求的增長主要來自數(shù)據(jù)傳輸,。

  現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)容量受到限制,因此為維持這種增長,,就需要網(wǎng)絡(luò)具有如下特性:平順,、全I(xiàn)P(因特網(wǎng)協(xié)議)架構(gòu)、更大的容量,、每比特更低的成本,、更快的連接、更短的延遲,、提高的視頻能力,。隨著數(shù)據(jù)服務(wù)持續(xù)爆炸性增長,制造商和服務(wù)供應(yīng)商將如何才能確保新設(shè)備和新應(yīng)用能提供用戶期望的質(zhì)量,、吞吐量和性能呢,?

  幾家領(lǐng)先的行業(yè)組織正在制定旨在推動4G寬帶無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、使這些日益復(fù)雜的設(shè)備能正常工作,、使這些要求很高的應(yīng)用得以實(shí)施的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),,包括稱為長期演進(jìn)(LTE)和802.16e-2005或移動WiMAX。LTE和移動WiMAX有一個主要的共同特性,,它們都采用正交頻分多址(OFDMA)和多輸入多輸出(MIMO)技術(shù),。本質(zhì)上,OFDMA和MIMO能以更小帶寬提供更高水平的數(shù)據(jù)傳輸能力,。

  對空中接口(在發(fā)射器和接收器之間射頻信號的物理路徑)的影響而言,,OFDMA和MIMO系統(tǒng)可提升射頻發(fā)射器和接收器的整體性能。無線電信道會受到多方面的影響,,比如信號延遲,、衰減和障礙物等,。這些因素既可能結(jié)合起來改善信號傳輸條件、也可能損壞所傳輸?shù)男盘?,即它們可對整體信道吞吐量/數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生正反兩方面影響,。

  OFDMA是一種魯棒的數(shù)字調(diào)制機(jī)制,能提高整體頻譜效率,。為減少多徑干擾,,它采用更少的每載波符號率,但它也使用多個載波來增加數(shù)據(jù)速率,。OFDMA是在若干載波上同時傳輸多個符號,,而不是在一個時間內(nèi)傳送一個符號。副載波分布于多個頻率,,且是“正交”的,,從而避免相鄰副載波造成的任何干擾。

  MIMO系統(tǒng)利用多個發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑以顯著增加吞吐量,、擴(kuò)大鏈接覆蓋范圍而無需額外帶寬或增加發(fā)射功率,。可以采用幾種不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)MIMO,,包括空間復(fù)用,、自適應(yīng)天線系統(tǒng)(AAS)、空時編碼(STC)和最大比合并(MRC),。

  空間復(fù)用一般通過增加系統(tǒng)的容量來改善性能,。AAS通過把信號功率指向用戶或使干擾源的影響為零來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。STC(分集發(fā)射)和MRC(分集接收)分別發(fā)送和接收相同用戶數(shù)據(jù)的多個副本,,以避免衰減等損害,。

  傳統(tǒng)測試方法及限制

  隨著復(fù)雜和專門的新硬件和新軟件的推出,測試的挑戰(zhàn)在增加,。測試工具是已發(fā)生根本改變的一個領(lǐng)域,,特別是用于驗(yàn)證新一代射頻發(fā)射和接收器測試的工具發(fā)生了翻天覆地的變化。有三種方法可用以測試發(fā)射器和接收器的性能:直接電纜連接,、空中測試,、借助信道仿真器的連接,如圖1所示,。

 

 

 

  圖1:用以測試發(fā)射器和接收器的性能的三種方法,。

  射頻測試傳統(tǒng)上一直是先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,然后再進(jìn)行空間定點(diǎn)測試以及現(xiàn)場測試,。通常,,測試射頻電路的第一步是用射頻電纜和連接器將射頻發(fā)射器與接收器直接連接起來。雖然這種測試配置形態(tài)允許以一種受控和可重復(fù)的方法測試發(fā)射器和接收器的性能,但它是一種理想化,、非真實(shí)的場景,。

  以電纜為基礎(chǔ)的測試無法滿足模擬當(dāng)信號在空間傳輸以及無線設(shè)備在運(yùn)動中所處的真實(shí)世界動態(tài)條件下所需的更復(fù)雜的測試要求,。由于MIMO技術(shù)依賴真實(shí)世界行為以提高操作性能,,所以在一些測試情況下,實(shí)驗(yàn)室/以電纜為基礎(chǔ)的測試是無效,,在許多其它測試中也是不適當(dāng)?shù)摹?/p>

  空中(OTA)測試是指對將射頻信號通過空間傳播到一個物理上的遠(yuǎn)程接收器這一過程進(jìn)行的測試,,它能提供一定程度的性能測量,但無法提供一致的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性,。OTA試驗(yàn)一般是在大房間或野外進(jìn)行,,其條件并不完全可控或可重復(fù),從而導(dǎo)致不同的測試有不同的結(jié)果,。力圖在多種噪聲和不同干擾的現(xiàn)場條件下搭建數(shù)百個復(fù)雜的測試環(huán)境的努力是一項(xiàng)既耗時又費(fèi)錢的工作,。

  先進(jìn)的4G測試:信道仿真

  LTE和移動WiMAX技術(shù)的推出,尤其是其OFDMA和MIMO特征,,需要先進(jìn)的測試能力和工具以確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足或超過3GPP/802.16e的性能預(yù)期,。基于MIMO 和OFDMA的4G技術(shù)的復(fù)雜物理層和開放接入要求,,也對無線性能/接口質(zhì)量提出了更高要求,,從而使4G測試比以往更復(fù)雜。

  為彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室和OTA測試之間的差異,,通常采用信道仿真器以精確地表征在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,、基于MIMO和OFDMA的系統(tǒng)的多信道射頻交互對一致性、性能和互操作性方面的影響,。

  利用復(fù)雜信道模型和多個可編程參數(shù),,信道仿真器以可控和可重復(fù)的方式復(fù)制再現(xiàn)了真實(shí)世界的信道傳播條件,從而支持廠商和服務(wù)提供商能在真實(shí)世界條件下測試設(shè)備,,進(jìn)而把在“真實(shí)”世界中進(jìn)行測試所花的時間和費(fèi)用降至最低,。

  通過在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)真實(shí)世界的信道條件,基站和移動設(shè)備的信道仿真測試過程可得以大大簡化,、效率可得以顯著提升,。信道仿真是有效測試LTE、移動WiMAX或任何基于MIMO系統(tǒng)的關(guān)鍵,。從最初的研究和設(shè)計(jì),、到系統(tǒng)集成、質(zhì)量保證甚至認(rèn)證和競爭性基準(zhǔn)測試等環(huán)節(jié),,都需要信道仿真,。使用信道仿真器,射頻設(shè)計(jì)和性能可被驗(yàn)證、測試覆蓋范圍可被擴(kuò)充,、測試次數(shù)可被減少,、還可在相對短的時間內(nèi)將更高質(zhì)量的產(chǎn)品推向市場。

  合適的信道仿真器

  為滿足最新和新興的移動無線技術(shù)的測試需求,,*估為這些工作所選的信道仿真器是否滿足對一致性,、功能、性能和互操作性等測試的多樣化需求就是至關(guān)重要的,。如上所述,,最新的無線寬帶技術(shù)采用了OFDMA,它在最高可達(dá)64態(tài)正交調(diào)幅(64QAM)的高階調(diào)制上進(jìn)行傳輸,,此外還采用了利用多天線的MIMO技術(shù),。

  因此,信道仿真器需要具有射頻保真和可擴(kuò)展能力以處理和測試這些功能,。下面所列的若干項(xiàng),,是工程師在為測試設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)選擇信道仿真器時應(yīng)著力考察的一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和能力。圖2展示了采用信道仿真器進(jìn)行測試的例子,。借助全雙向MIMO信道,,eNodeB可以連接到多臺用戶設(shè)備(UE)。該信道仿真環(huán)境可為每個用戶都提供一個不同路徑,,且同時提供了在下行和上行都帶衰減的現(xiàn)實(shí)世界場景,。下面給出了該信道仿真環(huán)境具有的特性。

 

 

 

  圖2:采用信道仿真器進(jìn)行測試的例子,。

  可擴(kuò)展性/多信道:最多4×4結(jié)構(gòu)以支持空間復(fù)用,、空時編碼/最大比合并及波束成形。靈活的配置:包括配置用于吞吐量和切換型測試的點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn),、單向和雙向的能力,。雙向:時分雙工(TDD)、頻分雙工(FDD),、波束成形等,,都需要現(xiàn)實(shí)世界的上行和下行兩個方向。高的射頻保真能力:不會妨礙測試的足夠?qū)挼恼`差向量幅度(EVM),、本底噪聲和動態(tài)功率范圍,。信道模型:為測試各種場景,需要標(biāo)準(zhǔn)和用戶自定義信道模型,。實(shí)時動態(tài)信道建模:長的模型重復(fù)和回放時間,。控制和自動化:基于圖形用戶界面(GUI)和腳本的仿真控制,,以構(gòu)建測試自動化,。易于使用:簡單的設(shè)置,、配置和測試執(zhí)行以及測試結(jié)果的收集,以支持獨(dú)立或集成測試,。

  本文小結(jié)

  諸如采用了MIMO和OFDMA技術(shù)的LTE和移動WiMAX等復(fù)雜的寬帶無線技術(shù)加之用戶對新推出的移動寬帶服務(wù)的高度期待,,推動了為確保網(wǎng)絡(luò)互操作性和性能進(jìn)行更深入廣泛測試的需求。采用信道仿真器利用重構(gòu)的現(xiàn)實(shí)世界信道條件來測試設(shè)備極大簡化了更全面測試的實(shí)施,。

  通過提供一種廣泛且具成本效益的解決方案以測試射頻和MIMO算法是否工作正常,,并預(yù)測在現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境下基于MIMO技術(shù)的產(chǎn)品的性能,實(shí)驗(yàn)室控制的信道仿真可以準(zhǔn)確地表征設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的無線交互對一致性,、性能,、以及互操作性的影響。只有通過這樣全面的測試,,制造商才能確保新的、數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用和設(shè)備能成功在4G移動網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用,。

 

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