是德科技持续改进的可对MIMO和波束控制表征的校准技术-Keysight.PDF

是德科技 持续改进的可对 MIMO 和波束控制表征的 校准技术 白皮书 序言 网络运营商一直在宣传他们可以提供最快的数据速率和最佳的覆盖范围。但是当高清视 频流等用例在您的日常生活中已变得司空见惯时，他们如何证实自己兑现了承诺？ 不断演进的 4G 技术正在推动着网络功能不断发展。为了应对最终用户对更多数据密集 型和带宽密集型任务的需求，通信行业已经开始着手研发 5G 技术。 网络要满足用户对庞大数据量的需求，其天线设计的演进是一个关键因素。多天线阵列 技术正在快速演进，使用 MIMO 和高阶 MIMO 成为满足这些新用户要求的不可或缺的 功能。为了迎合需求，网络设备制造商（NEM）正在开发使用波束赋形的 8x8 MIMO 解 决方案，甚至是 16x16 MIMO 配置的解决方案，但这些解决方案尚未列入 3GPP 标准。 MIMO 和相控阵技术可以为网络提供增强功能，通过路径分集、空间多路复用和波控/ 波束赋形等技术实现更高的数据吞吐量和高数据完整性。 路径分集通过消除信道中的本地衰落，保证了数据的稳健性。空间复用可以为单个用户 提供更高的吞吐量，或为多个用户提供更高容量。波束控制或波束赋形技术能够为特定 用户提供一个高度定向的传输波束，显著提高信号强度和 SINR 。 本白皮书重点讲解了多信道测试接收机所需要的校准方法，以确保其能够高效表征和显 示下一代通信发射机设计的 MIMO 和波束赋形性能。 03 | 是德科技 | 持续改进的可对 MIMO 和波束控制表征的校准技术——白皮书 测试系统在进行多天线表征时的考虑因素 波束赋形并不是一项新技术，它已问世数十年之久，目前广泛应用于雷达、地震学和声学 等领域。在无线通信领域，通过在阵列中的不同元件之间应用相位和幅度偏置，可以产生 空间选择性，从而实现定向传输。通过加入有益的信号（即相位、相干）信号，并消除有害 （即超出相位）的信号，可以提供良好的空间选择性和方向性。 波束控制技术的实施方法是，调整每个天线单元的相对相位，并对发射波形施加有益和 有害干扰以形成预期的波束方向图。同样地，MIMO 和波束赋形为多信道发射机实施设 定了严格的要求。每个天线元件上的信号需要是： – 相位相干 – 已知幅度 – 已知相位 – 时序一致 在这些开始条件下，MIMO 信号可以预计将会向预定接收机方向发送。 在测试设备的测量信道之间，幅度和相位发生任何改变，均可能显著影响测试系统的多 信道测量性能。如果不进行校准，测量结果将会有极大的不确定度，这让工程师很难确 定并解决潜在问题。即使是电缆长度或任何测试系统中的连接完整性存在细小差异，也 会造成额外的时延或相移，这会改变信道间的激励信号的相位关系，并影响测量结果。 因此，在表征天线设计之前，您必须先表征测试系统。 最后，对于测试系统的所有测量信道，其目标都是与被测器件（DUT）的幅度、相位和时 间保持一致，以便只测量感兴趣的被测器件信号，而不是测量测试设备中各信道之间的 变化，或是这些测试配置中通常使用的各种夹具。 只是购买测量设备并不足以保证精确而可重复的测量性能。系统开发人员将会意识到， 要想表征设计，首先需要表征测量系统。对于具有大量信道、复杂连通性和苛刻测量容 限的多信道应用，这很快就会成为一个复杂的专家任务。测试系统的设计和验证可能需 要花费数月时间，这会减慢表征发射机的射频和波形赋形性能这一实际任务的速度。 04 | 是德科技 | 持续改进的可对 MIMO 和波束控制表征的校准技术——白皮书 图 1 是一个仿真 8x8 相控阵天线波束赋形输出的示例，在这个示例中，执行测量和生成 波束图所使用的测试设备和夹具未进行过任何用户校准。当您应用发射信号时，可以看 到未经校正的发射信号已经使各个主瓣彼此之间发生变形，SINR 和空间效率显著 降低。 图 1. 使用未经校准的测量系统获得的 8X8 相控阵天线 3D 波束图。 问题：您如何知道这些畸形波束展示的是真实天线性能，还是与未校准的测量系统进行 交互之后的结果？ 05 | 是德科技 | 持续改进的可对 MIMO 和波束控制表征的校准技术——白皮书 在图 2 中，测试设备经过表征，并且应用了测量接收机路径信道间优化，发射的波束方 向图现在符合预期，全