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因应多信道无线测验装备 模块化仪器搞定多天线丈量

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

今日,有越来越多人倚赖无线设备来办理电子邮件、交际媒体、银行帐务,而且下载或串流影片和电影。在许多商场中,LTE和LTE-Advanced现已成为干流技能,而下一代5G规范也现已进入前期研讨和界说阶段。在蜂窝通讯运用中,LTE-Advanced是下一个最首要的技能添加范畴,以因应顾客需求,直到5G技能能开端推出商用服务停止。

许多移动通讯业者致力于布置LTE-Advanced多天线技能,以改进其移动通讯体系的衔接性和峰值数据速率。多天线技能可添加发射器、接纳器或两者的天线数量,是进步体系容量的关键技能,现在已被运用于无线局域网络(WLAN)规范,如802.11n和802.11ac。

藉由布置多天线技能,业者可完成更超卓的频谱功率和更高的峰值数据速率。以下为现在常用的技能:

途径分集(Path Diversity)

此技能在发射器或接纳器端运用多个天线,藉以改进信号安稳性,或是让接纳器可以正确地接纳所发送的数据。途径分集也可布置为传输分集(Transmit Diversity),以便透过发射器端的多个天线,将数据发送到单一接纳器。途径分集还可布置为接纳分集,透过单一发射器将数据发送到接纳器端的多个天线。假如通道的讯噪比欠安,这两种多天线装备有助于改进信号安稳性。

空间多使命(Spatial Multiplexing)

这项用于多重输入/多重输出(MIMO)的技能,在发射器和接纳器端运用两个或多个天线来进步空间功率。运用MIMO,在发射器或接纳器端的每一个天线,可传送独立和独自编码的数据信号(数据流)。在通讯电路的每一端,单个天线所传送的数据将结合在一起,以便尽可能削减过错,而且全面提高数据传输速度。MIMO被广泛用于许多供给高数据速率的无线技能,例如LTE、LTE-A、WiMAX和WLAN 802.11n/ac。空间多使命技能改进了空间功率和单一用户的数据传输速率。多运用者MIMO(Multi-user MIMO)是一种空间多使命办法,可在同一频谱上一起将数据传送给多个用户。

波束控制或波束成形

运用多个天线来进行定向发射,以便控制特定接纳器的信号传输方向。相同的信号经由两个或多个空间别离发射器一起进行传输。此技能运用振幅和相位调整技能,以便用破坏性或建设性办法来结合多个传输信号。建设性(或相位同调)信号可用建设性办法结合起来,从而发生一个波束码型(Beam Pattern)。运用建设性组合,相结合的信号可在接纳器天线上供给更多的能量,从而发生更安稳的信号,而且改进接纳器端的讯噪比。波束控制/波束成形的优点包含更超卓的选择性、搅扰办理、更高的增益,并供给更好的讯噪比。

这些多天线技能被广泛用于当今的无线通讯体系。多天线技能和多用户波束成形,意料将成为5G关键技能,可运用基站装置的数百只天线,在同一时刻与多个移动设备进行通讯。这项技能又称为Massive MIMO。

规划和开发运用多天线技能的通讯体系时,跟着天线数量不断添加,工程师须透过比以往更为杂乱的装备来履行必要的体系验证测验。验证多天线装备带来了许多新的应战,包含须一起剖析多个发射或接纳链路;以及对MIMO装备进行多信道同步测验。此外,在波束成形运用中,通道之间有必要保持精准的时序和同步;而相位同调性可保证恰当的通道间相位和振幅丈量。多信道同步测验体系具有可扩大性,并可运用同享资源来进行触发和同步,有助于战胜这些测验应战。

图1、运用一个首要CLK来同步数据的撷取或播映。

相位同调性

想要让不同信号或信道保持同步是个困难的使命,这需要在多仪器环境中进行。一般来说,首要参阅信号可用来校准一切的CLK信号。在(图1)所示的情况下,首要参阅信号运用一条PXI触发线,将初始化触发传送到一切隶属的模块。比及一切通道都准备好之后,则首要单元将送出一个触发事情的信号,接着一切模块将在下一个10MHz CLK信号源上开端运作。此办法可保证一切动作的开端时刻均通过校准,因此一切信道可一起进行数据撷取或播映。

通用的频率参阅供给时序校准,但不供给相位同调性。在波束成形运用中,这会带来问题,由于须透过振幅和相位偏移来树立波束码型。模仿实在国际的传输或丈量时,一般需藉助通道之间的相位同调性。假如两个信号在时刻上具有安稳的相对相位,代表它们具有相位同调性。假如每一次的信号发生或每个丈量通道,都有其独立发生的信号,则每个信道的相位特性将各不相同,因此很难在多个通道之间完成安稳的相对相位。

藉由运用供给通道间相位同调性的模块化仪器,可以让所发生的信号或丈量信道之间。具有相位安稳联系。要获致真实的相位同调性,办法之一是让每个通道同享一个本地振荡器(LO),保证一切通道具有相同的相位特性。运用这种办法,剖析仪中的每个降频器,或是信号源中的每个调变器,都同享相同的相位特性,包含相位差错。在安稳的相位和通道间时序误差(每个仪器途径中的推迟)下,工程师可全面剖析射频途径的特性,如(图2)所示。丈量体系有必要可以包容信道之间的振幅和相位差异。如未通过校验,丈量成果的准确度将会下滑。运用校验技能来批改偏移后,工程师可确认一切丈量差异均来自于待测物,而非测验设备。进行批改时,首要需丈量通道间的差异,然后再进行调整。其办法是针对每个剖析仪通道,每次在每个信号源信道上发生一个已知的参阅信号,然后对成果进行丈量。(图3)显现校验关于波束码型准确度的影响。

图2、透过同享的LO来完成多通道剖析仪的相位同调

综上所述,有越来越多无线通讯体系相继选用多天线技能。但是,这将为工程师带来新的应战,由于他们有必要针对这些杂乱的多信道体系来开发并验证测验体系和办法。模块化仪器渠道供给可扩大的信道数、信道间同步,以及相位同谐和其他特性,可有用处理这些问题。

图3、左右两图别离显现运用和未运用时刻和相位批改技能所测得的波束码型。

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