多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)通過使用多個天線傳輸兩路或四路數(shù)據(jù)流，為單個用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的提升提供了可能性。例如，此前有介紹LTE的文章曾指出，64QAM2x2下行鏈路FDDMIMO和64QAM4x4下行鏈路FDDMIMO可分別提供高達172.8Mbps和326.4Mbps的峰值數(shù)據(jù)速率。但是，與單輸入單輸出(SISO)單個天線相比，實現(xiàn)雙通道或四通道MIMO將會增加復(fù)雜性，從而影響可能達到的峰值數(shù)據(jù)速率，而且硬件設(shè)計和實施方面的不利影響(例如天線串?dāng)_和定時誤差)有可能降低多天線技術(shù)可能帶來的性能增益。

    另外，多天線技術(shù)的實現(xiàn)過于復(fù)雜，使得對硬件性能問題進行故障診斷和調(diào)試頗具難度；增加天線和數(shù)據(jù)流數(shù)量(從2x2MIMO增加到4x4MIMO)將進一步增加調(diào)試的復(fù)雜程度。

    本文主要討論天線串?dāng)_損害、相位噪聲和定時誤差對MIMO下行鏈路系統(tǒng)性能的影響，以及采用了時間相干多通道示波器和89600矢量信號分析儀(VSA)軟件的故障診斷技術(shù)，希望能夠幫助工程師深入了解誤差機制對硬件誤差矢量幅度(EVM)性能和系統(tǒng)級射頻發(fā)射機性能的影響。本文將以LTE作為研究對象，其概念也可應(yīng)用到其他信號格式中，例如MobileWiMAX。

    LTEMIMO參考信號和EVM

    LTEMIMO交叉生成一個貫穿頻域和時域的已知信號，稱為參考信號(RS)。該信號是恢復(fù)MIMO信號的基礎(chǔ)，因為它允許每個接收天線針對各個發(fā)射機建立一個信號參考。圖1顯示了如何將參考信號的各個符號分配到兩個天線下行鏈路信號的子載波中。

    如圖所示，y軸表示參考信號的子載波分配(每六個子載波)，x軸表示時間交叉。注意，從占用子載波和時間(符號)兩方面查看天線0和天線1之間參考信號的變化。

圖 1兩個天線的下行鏈路參考符碼的正交結(jié)構(gòu)

    誤差矢量幅度(EVM)是描述射頻發(fā)射機性能的重要系統(tǒng)指標(biāo)。通過對RS EVM和復(fù)合EVM 進行比較，不僅可以幫助工程師深入了解發(fā)射機硬件設(shè)計減損，還能夠幫助診斷天線串?dāng)_、放大器增益壓縮失真、相位噪聲和其他誤差機制等特定減損。

    下面的案例將闡明如何利用RS EVM和復(fù)合EVM 來深入了解可能會影響系統(tǒng)性能誤差的減損類型。該案例還將重點研究發(fā)射天線定時誤差對參考信號正交性的影響，并在解釋天線串?dāng)_、星座圖和EVM測量結(jié)果時，說明如何考慮這種影響。

    案例研究——MIMO下行鏈路射頻發(fā)射機測量

    本案例研究中使用的四通道 MIMO 測試設(shè)置如圖 2 左側(cè)所示，它是由四個帶有任意波形發(fā)生器的安捷倫信號發(fā)生器和一個安捷倫四通道Infiniium 90000A系列示波器組成。如下所示，多通道示波器非常適合雙通道和四通道 的MIMO 測量，因為它們提供時間相干多通道輸入、可測量射頻調(diào)制載波的寬帶寬，以及更深層的存儲器來分析多個數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀可通過 Agilent 89600 矢量信號分析(VSA)軟件進行解調(diào)。

    使用VSA軟件和多通道寬帶示波器進行基線四通道MIMO測量的結(jié)果如圖2右側(cè)所示。圖2左側(cè)顯示了兩層(共四層)空間多路復(fù)用數(shù)據(jù)的16 QAM 物理下行鏈路共享通道(PDSCH)星座圖(此處沒有顯示第2和第3層)。VSA顯視屏的右上方顯示了射頻頻譜圖，VSA顯視屏的右下方顯示了誤差匯總表。注意，基線測試案例的剩余復(fù)合EVM(VSA 顯示屏右下方)小于 0.8%，說明0層和1層的星座圖狀態(tài)很清晰(VSA 顯示屏的左側(cè))。

圖 2使用 Agilent Infiniium 90000A 系列示波器進行四通道 MIMO 測試設(shè)置和基線測量的結(jié)果

    多通道示波器和 VSA 軟件通常被用于兩通道或四通道中頻－射頻發(fā)射機/上變頻器硬件被測裝置(DUT)，以進行MIMO測試。由于DUT不適于測試，因此需要使用 Agilent SystemVue仿真器建模具有仿真設(shè)計減損的四通道射頻發(fā)射機。每個發(fā)射機均由中頻/射頻帶通濾波器、LO 混頻器和功率放大器(PA)組成。功率放大器指定了10kHz頻率偏置時的LO相位噪聲以及1dB增益壓縮點。發(fā)射機的輸出端使用了定制模型子網(wǎng)，對天線串?dāng)_進行建模，然后使用ESG接收機將仿真的IQ波形(包含仿真的設(shè)計減損)下載到四個ESG中，如圖3所示。

圖 3包括相位噪聲、PA 增益壓縮和天線串?dāng)_減損的仿真射頻發(fā)射機設(shè)計