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八天线LTE体系测验应战

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

TD-LTE、FDD-LTE和LTE-Advanced(LTE-A)无线技能运用了几种不同的多种输入多路输出(MIMO)技能。鉴于MIMO体系的杂乱性正在日益前进,因而相关的测验办法也将更具应战性。例如,当时已布置的MIMO技能运用两具天线来改进信道功用。还有一些LTE社区已首先开端选用八天线技能来完结更高的功用。这些先进的技能将使测验办法的挑选变得更为至关重要。

要想找到正确的办法,必需求充沛了解每一版别的LTE所运用的天线技能。例如,波束是TD-LTE的一项要害特性。虽然它在某些场景下是一种极具吸引力的传输计划(例如敞开的村庄区域或热门掩盖区),但它并不总是最佳的办法。波束赋型可以前进蜂窝中接纳信号的信噪比(SNR),然后扩展掩盖规划或改进蜂窝边际区域的用户体会。它还可以从空间上对信号的规划加以约束,然后将搅扰降至最低。在信噪比足够的区域,波束赋型并不能使数据速率得到前进。

经过在空间上复用并发数据流,MIMO可以在低相关、高信噪比信道条件下前进数据吞吐量。为了优化MIMO数据速率,TD-LTE运用包括八具天线的组件。在图1中,有四具天线(以蓝色显现)在物理上构成了视点相同的极化,而别的四具天线(以绿色显现)则与前面的四具天线构成了物理正交的联系。

图1:此图显现的是一个TD-LTE eNodeB天线装备,可以用于优化MIMO数据速率。

经过构成一个指向详细用户设备(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可以有用地仿照出两个存在较低相关天线,即便实践的空间相关较高也没问题。因而,这种天线装备可以扩展掩盖规划,使更广泛的高数据速率传输成为或许(图2)。

图2:一个构成正交极化波束的8×2波束赋型体系。

除TD-LTE外,八天线技能还可用于FDD-LTE。网络运营商可以运用该天线装备来增强上行链路的接纳作用,处理低功率用户设备链路预算约束的问题。3GPP的RAN1作业组正在活跃评论八天线技能在LTE-A的实用化布置。

在传统的功用测验中,天线形式,即一个天线阵列在每个方向上的信号增益,一般都会被忽视。这部分是因为,在传统的单路输入单路输出(SISO)体系进行的测验中,人们往往会假定天线都是全向的。但关于大都基站来说,现实并非如此。信号强度的方向性在MIMO空间信道中发挥着重要的作用,而在波束赋型运用中的作用则更为要害。因而,在测验八天线体系时,仔细考虑天线的形式将是至关重要的。

为了发挥八天线阵列的悉数优势,LTE和LTE-A体系会运用双层波束赋型,以及搅扰按捺和兼并(IRC)等接纳机技能。运用IRC技能时,eNodeB根底接纳机站(BTS)运用从多种用户设备收集到信息(一般是各噪音源之间的穿插共变),然后以智能化的办法对噪音加以按捺。这类计划会添加MIMO信道仿真的杂乱性。此外,它们还会带来如下的测验应战:

信道的数量:要想对一个波束赋型体系进行测验,就有必要树立起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,信道的相关程度或许较高或较低–这要依频率距离或所观察到的(Rayleigh衰减、暗影衰减等)衰减水相等要素的而定。在试验室中为测验用处而创立的任何RF信道有必要将这些细节考虑在内。

关于八天线体系来说,此类测验很显着将触及很多的RF信道。例如,一个8×2双向MIMO信道就需求16个RF信道。在许多试验室中,空间RF都是一个重要的要素。因而,供给这一才干可以大幅度增强才干,一起又不会导致测验渠道的规划呈现不成比例的反常添加。

此外,要想完结信道互易性,就要求对8×2双向MIMO测验体系进行相位校准,只要校准后才干对体系的波束赋型才干进行测验。有用的相位调整和信道校准都是完结牢靠和高效测验的要害要素。信道数量的这种添加还要求更RF硬件更密布地集成到体系中。假如不能有用集成,在有很多外侧分离器、兼并器和循环器等设备的条件下,准确和牢靠地完结RF信道简直会成为一项不或许完结的使命。

先进的信道建模:因为八天线LTE体系运用了先进的天线技能,测验中所用的建模信道有必要重现这些技能中所用信道的实践物理特性。假如在仿真成果中不能将一切的细节都包括在内,则有或许树立不正确的基准,然后无法对真实的体系功用进行点评。例如,极化会影响用户设备接纳到的信号功率。与无极化的事例比较,接纳到的信号功率显着较低。这种因为极化直接形成的丢失取决于用户设备与eNodeB天线阵列之间的相对方向。

天线形式也对信号强度有直接的影响。接纳信号的功率会随信号跋涉方向的不同而有所改动。因为每种或许的场景都有一系列共同的离去角(AoD),因而功率也会随方向的不同而有所改动。当天线形式和极化结合在一起时,这个问题会变得更难敷衍。下表显现的双信道场景下不同组合形成的功率丢失。表中的“X”代表一个穿插极化天线对,而竖线(||)代表的是无极化的天线组件。

表:极化和天线形式对接纳功率发生的影响。

动态场景:关于一种波束赋型体系而言,仅在静态(非移动)条件下进行测验是远远不够的。波束赋型根本上包括两个过程:估量用户设备的方向,以及将波束指向该方向。当用户设备移动时,它(相关于eNodeB天线阵列)的方向也会改动。在了解体系功用的过程中,这种现象会带来两个根本的问题:体系盯梢用户设备移动的速度有多快,以及体系的功用会因而遭到怎样的影响?为了回答这些问题,咱们有必要运用可以代表实践运转条件的动态场景来对波束赋型体系进行测验。

测验办法

鉴于前文中所评论过的原因,行之有用的测验办法有必要可以应对所描绘的这些应战:经过便携机体尺度供给数量较大的互易性RF信道、考虑到天线形式和极化的信道建模,以及在动态(活动)场景中测验波束赋型的才干。双向8×N体系测验所需的信道数量会带来史无前例的应战。图3显现的是8×2双向测验所用的现代体系图示。传统的信道仿真器或许占用一个40U机架,并且需求很多的外部RF硬件才干完结相同的信道场景。

图3:本图示显现的是8×2 MIMO波束赋型测验的信道仿真。

跟着技能的前进,对测验体系的要求只会变得越来越具应战性,并且会变得越来越严苛。实例之一便是双层波束赋型运用,其间包括两个从不同物理方位与同一eNodeB BTS通话的用户设备。所需的测验拓扑结构中包括一个8×4双向MIMO信道(也便是包括32个数字信道的16个RF信道)。别的一个实例便是IRC。要想对IRC进行测验,需求eNodeB BTS,即本测验事例中的被测设备(DUT),从一个“预期”的用户设备和多个起搅扰作用的用户设备接纳信号,并且测验中还会考虑到衰减的效应。

跟着新技能的开发和现有技能在高天线数MIMO体系中的布置,未来还会呈现一些极具应战性的测验场景。例如,多用户MIMO(MU-MIMO)并非什么新的测验。但在LTE的MIMO用户设备条件下进行的此类测验则会带来一些严峻的应战,因为有多种杂乱的技能都以“分层”的办法层叠在一起。在MU-MIMO中,体系会运用信号处理来发挥多用户设备之间的空间差异特性。别的一个实例是LTE-A中的协同多点(CoMP)传输。当用户设备衔接至多个eNodeB BTS时(一般在堆叠的蜂窝边际处),该技能会对网络冗余加以运用。

图4显现的是测验双层波束赋型、MU-MIMO和集成双向MIMO信道的CoMP时的典型袖珍设置。集成式处理计划的信道密度所发挥的作用远不止于在有限的试验室空间中应对很多RF信道的应战。在信任校准和安稳性方面,它也是一种安稳得多的渠道。

图4:这种细巧的测验设置可应对双层波束赋型、MU-MIMO和CoMP测验场景。

几许信道模型

当需求对LTE和LTE-A体系的先进天线技能进行测验时,根据相关的传统MIMO信道建模就现已无法担任了。这种传统的建模办法无法捕获MIMO信道的空间特性或前文所评论过的先进天线技能的作用。

大都根据相关的MIMO信道建模都树立在一项假定的根底之上,即信号脱离发射天线时是全方向的,并且以相同的办法抵达接纳天线。4但在MIMO波束赋型中,实践情况并非如此。

为处理这一问题,研究人员们提出了一种全新的信道建模办法,即所谓的几许信道建模(GCM)。在GCM中,从发射天线到接纳天线的每条信号途径都从几许上遭到追寻,并且兼并在一起而构成了信道。这种办法从本质上为天线形式和极化供给了支撑。因为详细了这些特质,GCM已被选定对下一代无线技能进行评价。

实时衰减

实时衰减办法可以实时生成信道数据,而不是预先计算出的数据,一起还可以从缓存存储内容中对其加以回放。推进实时衰减有两项首要的动力:创立真实的动态场景并且完结试验和查错式的研制毛病查找。在动态或移动场景中,信道参数会随时刻而改动。实时衰减使测验人员可对信道参数编制脚本,然后对信道的动态加以仿照。运用实时衰减引擎,为波束赋型测验创立不同类型用户设备移动的作业将会变得十分简练而直观。

在研制测验中,需求具有操控信道来完结毛病查找的灵敏才干。运用几许信道建模和实时衰减才干,工程师可以对一项或多项信道参数进行调理,并且当即取得呼应。这种“试验和查错式的毛病查找”办法在产品开发中是通用的,并且现已广泛用于各类体系测验中。

因为整个职业都在为完结更新的无线运用而寻求更高的数据速率,所用的天线数量和先进天线技能的杂乱性都必然会日积月累。这种趋势将对包括先进天线技能的LTE和LTE-A测验构成巨大的应战。因而,新的办法和新的测验场景思想办法都将是不可或缺的。

八天线体系可以将2×2 MIMO体系所用的信道数量前进至原有水平的四倍。但研究人员现已开端讨论天线组件数量为2×2体系的8倍的技能。假如在试验室中重现互易式高天线数测验场景,将会面对空间和其它资源方面许多的严峻限制。与传统的信道建模比较,新式的先进天线技能也会带来新的应战。当测验人员需求完好了解体系的功用时,在动态场景中对体系进行测验是必不可少的。

可以应对这些应战的有用测验办法有必要运用可支撑各种先进天线技能的几许信道建模。它还有必要可以以实时办法运转动态场景。最终,这种测验办法还有必要可以牢靠、高效地创立八天线体系中双向MIMO信道的一切细节,并且有必要在细巧便携的设备标准内完结一切这些功用。

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