八天线LTE测试的挑战

目前，TD-LTE、FDD-LTE和LTE-Advanced(LTE-A)无线技术使用了几种不同的多种输入多路输出(MIMO)技术。鉴于 MIMO系统的复杂性正在日益提高，因此相关的测试方法也将更具挑战性。例如，当前已部署的MIMO技术利用两具天线来改善信道性能。还有一些LTE社区 已率先开始采用八天线技术来实现更高的性能。这些先进的技术将使测试方法的选择变得更为至关重要。

要想找到 正确的方法，必须要充分理解每一版本的LTE所使用的天线技术。例如，波束是TD-LTE的一项关键特性。尽管它在某些场景下是一种极具吸引力的传输方案 (例如开放的乡村地区或热点覆盖区)，但它并不总是最佳的方法。波束赋型可以提高蜂窝中接收信号的信噪比(SNR)，从而扩大覆盖范围或改善蜂窝边缘区域 的用户体验。它还可以从空间上对信号的范围加以限制，从而将干扰降至最低。在信噪比充足的地区，波束赋型并不能使数据速率得到提高。

通 过在空间上复用并发数据流，MIMO可以在低关联、高信噪比信道条件下提高数据吞吐量。为了优化MIMO数据速率，TD-LTE使用包含八具天线的组件。 在图1中，有四具天线(以蓝色显示)在物理上形成了角度相同的极化，而另外四具天线(以绿色显示)则与前面的四具天线形成了物理正交的关系。

图1：此图显示的是一个TD-LTE eNodeB天线配置，可以用于优化MIMO数据速率。

通过形成一个指向具体用户设备(UE)的波束，这两组四天线组件可以增强信噪比。两个正交极化的波束能够有效地模仿出两个存在较低关联天线，即使实际的空间关联较高也没问题。因此，这种天线配置能够扩大覆盖范围，使更广泛的高数据速率传输成为可能(图2)。

图2：一个形成正交极化波束的8×2波束赋型系统。

除TD-LTE外，八天线技术还可用于FDD-LTE。网络运营商可以利用该天线配置来增强上行链路的接收效果，解决低功率用户设备链路预算限制的问题。3GPP的RAN1工作组正在积极讨论八天线技术在LTE-A的实用化部署。

在 传统的性能测试中，天线模式，即一个天线阵列在每个方向上的信号增益，通常都会被忽视。这部分是因为，在传统的单路输入单路输出(SISO)系统进行的测 试中，人们往往会假设天线都是全向的。但对于多数基站来说，事实并非如此。信号强度的方向性在MIMO空间信道中发挥着重要的作用，而在波束赋型应用中的 作用则更为关键。因此，在测试八天线系统时，认真考虑天线的模式将是至关重要的。

为了发挥八天线阵列的全部优 势，LTE和LTE-A系统会使用双层波束赋型，以及干扰抑制和合并(IRC)等接收机技术。使用IRC技术时，eNodeB基础接收机站(BTS)使用 从多种用户设备收集到信息(通常是各噪音源之间的交叉共变)，从而以智能化的方式对噪音加以抑制。这类方案会增加MIMO信道仿真的复杂性。此外，它们还 会带来如下的测试挑战：

信道的数量：要想对一个波束赋型系统进行测试，就必须建立起MIMO信道。在TD-LTE 中，上行和下行链路在特性上是相同的。在FD-LTE中，信道的关联程度可能较高或较低 – 这要依频率间隔或所观察到的(Rayleigh衰减、阴影衰减等)衰减水平等因素的而定。在实验室中为测试用途而创建的任何RF信道必须将这些细节考虑在 内。

对于八天线系统来说，此类测试很明显将涉及大量的RF信道。例如，一个8x2双向MIMO信道就需要16个RF信道。在许多实验室中，空间RF都是一个重要的因素。因此，提供这一能力可以大幅度增强能力，同时又不会导致测试平台的规模出现不成比例的异常增长。

此 外，要想实现信道互易性，就要求对8x2双向MIMO测试系统进行相位校准，只有校准后才能对系统的波束赋型能力进行测试。有效的相位调整和信道校准都是 实现可靠和高效测试的关键因素。信道数量的这种增加还要求更RF硬件更密集地集成到系统中。如果不能有效集成，在有大量外侧分离器、合并器和循环器等设备 的条件下，精确和可靠地实现RF信道几乎会成为一项不可能完成的任务。