八通道信号分析系统应对TD-LTE双流波束赋形测试挑战

八通道信号分析系统应对TD-LTE双流波束赋形测试挑战双流波束赋形概念在3GPPRelease9的LTE标准中提出来，同时也是TD-LTE标准中最为重要的关键技术之一。它的提出，主要是为了解决多天线条件下，如何有效提升系统吞吐率，以及在TD-LTE同频组网情况下，如何解决小区边缘用户由于同频干扰而导致吞吐率下降的难题。本文将在阐述双流波束赋形原理的基础上，重点讲述TD-LTE双流波束赋形技术的测试难点和挑战，并详细介绍安捷伦公司针对该技术特点而最新推出的八通道双流波束赋形测试解决方案。一、基本原理阐述在3GPPrelease9的LTE标准中，新增加了一个传输模式8，也就是业界通常提到的TM8(TransmissionMode8)。在这种模式下，eNB端可以发送单流的port7或port8的下行信号，也可以发送同时包含port7和port8的下行信号，也就是我们这里提到的双流波束赋形。实际上，波束赋形技术本身，并不是一个新鲜的概念。这个概念早已经在雷达、航空航天以及太阳能系统中得到了广泛的应用。从本质上，波束赋形是一种多天线技术，通过对每个天线的发送信号在幅度和相位上进行加权，从而使得各天线进行相长相干或是相干相消，以使发送的信号具有空间选择性。下图是在不同的天线数目情况下，仿真得到的赋形效果图:

目前TD-LTE产业界普遍采用8天线的方法实现波束赋形，从release8标准中提出单流波束赋形，到目前release9提出的双流波束赋形，对应的实现方式和实现效果如下图所示:

TD-LTE的eNB端，无论是实现单流还是双流波束赋形，几乎无一例外地采用了8天线技术，其实现方式如下框图所示:从上图不难看出，在信号生成到发射的流程中，3GPP对此都做了严格的规定，而对于波束赋形部分，标准中并未强制规定采用何种加权矩阵和算法，因此，各个厂商在具体的实现方法上均不尽相同。这也对后续的测试提出了一定的要求和挑战。二、目前业内的主流测试方法及主要问题与传统的实现方式不同，TD-LTE的双流波束赋形在实现上采用了8天线技术，同时又利用了LTE标准中关于MIMO的相关概念，因而其测试难度也显著增加。目前，大多数的厂商在做系统级验证时大多采用的如下所示的方法:由上图所示，经过校准的8根天线上的射频信号通过一个配置为8x2MIMO的信道仿真器，将两路输出信号发送至UE终端，UE根据信道条件和自身测量结果，会将对信道的反馈信息(如CQI,RI等)再通过另外一台配置为2x8MIMO的信道仿真器将8路信号回传至eNB的8根接收天线。最终，双流波束赋形的效果将从UE终端的吞吐率结果得以验证。对于eNB端测试而言，上述测试方法有如下几个疑问需要进一步解决:

1)赋形效果的好坏只是通过唯一的吞吐率结果给出，如果UE测得的吞吐率结果不符合预期，如何定位问题所在?2)eNB端的BBU算法工程师可以从基带数据绘出预期的波束赋形效果图，而信号一旦经过RRU之后，如何从空口直接观测到实际赋形效果?换言之，如何验证每根天线上的加权系数是否符合预期，并且验证RRU端的校准过程准确无误?3)双流波束赋形引入了两个新的天线端口port7和port8，如何有效测得每个端口的实际工作状态，包括EVM,星座图，RB分配情况，DCI解码信息，CRC检验结果等。4)当出现测试结果与预期结果不相吻合时，如何利用第三方工具定位问题出在eNB端的实现上还是信道仿真器的配置上?安捷伦公司最新推出的8通道信号分析系统N7109A，配合功能强大的89601BVSATD-LTE信号分析选件，完美解决了以上难题，为eNB研发工程师提供了一套实用的分析工具。三、安捷伦最新推出的八通道双流波束赋形方案介绍如图所示，基于安捷伦8通道的TD-LTE双流波束赋形解决方案，将信号直接从eNB的耦合盘通过功分器引出(另外一路则正常通过信道仿真器)，从而实现对纯净的未经过衰落的eNB发射信号进行解调解码分析，以可视化的形式给出赋形效果图。与此同时，该方案也可在研发早期阶段，进行半实物仿真时定位分析问题。此时测试系统搭建上则更为简单，直接将8根射频线缆送入8通道N7109A即可。下面，就一个实测结果做一个简要分析:

以上是安捷伦89601BVSA软件分析得到的一个测试实例截图。由于测试的是双流波束赋形，所以给出每层(layer)的EVM，星座图，资源块分配以及CRC检验结果。更为有效直观的显示结果，是每路天线