MIMO功率测量的要点及建议

多入多出(MIMO)技术是指同时在发射机和接收端使用多根天线，以提高频谱效率。该方法可以极大地改善无线局域网或者蜂窝技术，例如WiMAX或者LTE解决方案的性能。通过利用MIMO技术，用户可以获得直接范围或者吞吐率等优点。因此，MIMO在许多未来的无线通信系统中发挥重要的作用。但是，这些优点并非完美无缺。一个MIMO系统需要多台接收机和发射机，这会产生附加成本，并且增加系统复杂度。为了实现更好的性能，MIMO测试在进行多信道测试时的要求更复杂、规范更严格、测试成本更高，所需要的测试时间也更长。

　　本文提供一些MIMO功率测量的要点及建议，能够降低测试成本、缩短测试时间，以及提高测试精度。

　　MIMO系统中的信号在分配的时隙内包含调制射频信号的猝发信号，因此对功率测量的主要要求就是能够精确、可重复和快速地测量猝发内或者猝发门控部分的峰值、均值、峰值-均值功率比。仔细选择适当的功率测量工具及方法，可以确保满足严格的MIMO规范。

　　测量能力

　　市场上有多种功率测量工具可供使用。首先，我们必须确定需要什么测量功能，以便选择适当的工具。对于研发应用，需要进行高度复杂的分析，因此，我们需要可执行各种测量功能的功率计。除常规的平均功率测量之外，峰值功率计通过查看功率计屏幕上的功率猝发包络，可以测量猝发门控部分的峰值、均值或者峰值-均值功率比。

　　此外，用户可以使用互补累计分布函数(CCDF)统计分析，以确保MIMO系统组件不会受到正交频分复用(OFDM)信号高峰值功率的压缩。这种功率计的一个良好示例就是安捷伦P系列功率计(图1)。

　　

　　另一方面，在制造测试中需要进行较低复杂度的测量，并且通常只对猝发平均功率进行简单的pass/fail测试。制造商主要关心在最短时间内生产出产品，并保持低成本。在这种情形下，简单的低成本USB功率传感器(例如安捷伦U2000系列)可能是提供经济高效和省时功率测量解决方案的理想选择(表1)。

　　

　　提高精度

　　MIMO测量的关键参数之一就是测量射频猝发或者子帧过程中的信道功率。此参数测量仅在发送信号期间进行，通常称为猝发功率。为了获得可重复和精确的猝发功率，捕捉稳定、一致的猝发信号非常关键。

　　可用多种触发方式进行稳定的捕捉。三种常见的功率计触发方式包括：被测设备(DUT)提供的外部触发信号，其他同步源或者被测信号的幅度电平。

　　外部触发源是最常用和首选的触发机制，因为它可以提供最强健的触发形式，以便将该仪器采集的数据与所测量的射频猝发信号同步。对于基站测量，可从基站本身获得外部触发源。而对于MIMO组件测量，可从提供激励波形的信号发生器中获得外部触发信号。

　　一旦实现可靠的触发，可用功率计捕捉稳定的猝发信号。然后可以配置功率计，以精确、可靠地捕捉整个猝发的峰值或者平均功率、前导功率或者空闲时间。

　　P系列功率计支持以上所有三种触发方法，以高精度采集功率测量值，误差小于0.2dB。对于U2000系列USB功率传感器，需要使用外部触发源捕捉OFDM信号高峰-均值功率比(PAPR)特性的猝发平均功率。与其他功率测量解决方案相比，可用这些传感器获得最适合的精度(图2)。

　　

　　多信道并行测试

　　MIMO系统中发射机和接收机数目的增加会导致测试时间和测试系统复杂度的增加。由于测试成本与测试时间成正比，因此可将费时的功率测试从昂贵的信号分析系统中分离出来，转移到更具经济效益的功率测量系统。然后，可在两个系统上进行并行测试，以使多信道设备的测试时间和增加的成本最小化。典型信号分析系统需要花费30,000多美元，而典型的高性能峰值功率计大约只花费11,000美元，同时拥有可提高MIMO功率测量精度的附加优点。

　　获得更快的速度

　　现代功率计整合了各种配置，以优化测量精度或速度。有三种常用方法可以优化速度，其中每种方法各有自己的优缺点：

　　最常用的方法就是默认模式，该模式应用正常的速度并根据测量的功率电平自动设置平均值数。本方法提供最佳精度和可重复性。测量速度取决于所选择的平均值数，低功率测量的速度也较慢。通常，这种方法相对于其他两种方法而言，速度最慢。

　　可以使用带有触发计数命令的功率计缓冲存储器实现更快的测量速度。功率计的存储器通常填充最新测量数据，直到预定缓冲大小充满为止。然后，用简单的“提取”命令返回测量值。该方法相对于前一种方法而言速度更快，但是由于处理的采样数据更少，精度会稍微降低。

　　第三种方法提供最快的功率测量速度。由于采用双通道二极管架构，并完全在二极管IV曲线(电流-电压特性曲线)的平方律区域内运行，因而功率计能够将猝发功率转换为比例电压波形，以便快速地进行信号处理。因此，功率计可提供极其快速和精确的猝发平均功率测量，每次读数可小于10ms。

　　前两种方法可用于P系列功率计，而最后一种方法可在U2000系列USB功率传感器内实施。

　　本文小结

　　安捷伦P系列功率计和U2000系列USB功率传感器是一种理想的解决方案，可以满足严格的MIMO功率测量需求。P系列提供最佳MIMO猝发功率测量精度，而U2000系列有助于降低成本和提高MIMO测量速度。