3、ABP的工作進展

廣播電視規劃院（ABP）從2011 年開始介入了多天線終端測試方法的研究，目前主要建立了單簇法的多探頭MIMOOTA 測試系統，不僅對各個部件做了驗證^[39]，而且對整個系統的最終信道模型做了驗證，并于2013 年開始參加了CTIA組織的比對測試^[40]。本節將主要介紹這方面的內容。

3.1、ABP 單簇法MIMO OTA 系統

廣播電視規劃院的單簇法實驗室連接示意圖見圖10，這個方案最大的特點是由原來的常規單天線終端OTA 測試暗室（ETS AMS8600）改造而來，暗室的尺寸見表1。由于不需要另外搭建暗室，不僅使得系統建造的成本大幅下降，也同時免去了另建暗室尋址時的麻煩。在這個單簇法MIMO OTA 技術平臺上，包含信道驗證在內的大部分多探頭系統的基本研究得以推進。

表1、ABP 暗室數據

圖10、廣播電視規劃院(ABP) 單簇法MIMO OTA 測試系統

通過特別的設計，該系統可以在MIMO OTA 與常規OTA測試之間進行轉換，這種轉換需要2 個人花大約5~10 分鐘的時間，見圖11，因此系統能夠兼顧常規天線/ 終端OTA 測試與多天線終端的MIMO OTA 測試。

圖11、單簇法MIMO OTA 與SISO OTA 測試環境的切換

3.2、系統及各部件的驗證

3.2.1 暗室特性變化

如前文所述，ABP 的單簇MIMO OTA 在SISO 暗室的基礎上組建，通過在暗室內安置的天線支撐件，可以在短時間內進行兩種測試模式的切換，但相比于原SISO 暗室，增加的組件可能會影響暗室的特性，因此我們依照CTIA 的要求，在兩種環境下進行了紋波測試，分別完成了自由空間下的30cm半徑與50cm 半徑靜區在兩個頻點的比對，結果見表2 及表3。

表2、SISO 暗室的紋波測試比對驗證（30cm 靜區）

表3、SISO 暗室的紋波測試比對驗證（50cm 靜區）

測試結果表明擴展不確定幾乎沒有太大變化，增加天線支撐架后進行SISO OTA 測試的暗室環境的擴展不確定度仍然滿足CTIA 小于2 的要求。

3.2.2、信道仿真器特性及信號漂移

作為核心部件，信道仿真器的特性極大地影響著整個系圖10 廣播電視規劃院(ABP) 單簇法MIMO OTA 測試系統統的不確定度，我們需要知道信道仿真器設置及輸入信號對于輸出信號的影響程度；同時，信道仿真器作為一個有源設備，取決于內部部件的質量，其輸出信號的幅度與相位均可能會隨環境（溫度、濕度）發生不同程度的漂移，如果漂移情況嚴重，信道仿真器將會對整個系統的不確定度產生影響。

我們在兩個工作日分別做了不同的輸入功率下，一分鐘內信號仿真器的輸出信號幅度與相位的變化測試，最惡劣的結果記錄在表4 中，此外對兩個工作日的輸出信號做橫向比較，以便了解長期情況下，其信號的漂移情況。根據測試結果，推薦的操作是：進行MIMO OTA 測試時，應維持基站模擬器的輸入功率不變，根據信道仿真器設置，推薦輸入功率的范圍如下：

表4、信道仿真器的輸入設置對系統穩定性的影響

(EIL-20) ≤INPUT ≤(EIL+CE) （7）

也即輸入功率應該盡量接近期待功率（EIL），其變化范圍最小應大于設置的期待功率20dB以上，最大則不能比設置的期待功率的峰均比（CF）更大，否則系統的不確定將增大。對于信道仿真器的信號漂移，在符合式（7）的情況下，表5 的測試結果證明信道仿真器輸出信號的幅度漂移不超過0.1dB，相位變化不超過1.5 度，因此我們可以認為信道仿真器在整個測試過程中是較為穩定的。

表5、信道仿真器信號漂移研究（長期）

3.2.3、功率放大器特性及信號漂移

用于補償路徑衰減的功率放大器其通道數與信道仿真器相同，其特性同樣對整個系統的不確定度產生影響。通常，功率放大器需要有30 分鐘的預熱時間，在這段時間內，其輸出信號幅度可能有0.5dB~1dB 的變化，30 分鐘后輸出將趨穩，因此我們推薦整個系統的預熱時間一般在30 分鐘，之后再做所有其他的驗證或測試工作。

在開始測試之前，必須獲取功率放大器的線性工作區間，我們對所用到的功率放大器進行了四個頻點不同輸入功率的測試，其增益測試結果見圖12，從圖中可以看出輸入功率大于-30dBm 時將逐漸進入1dB 壓縮點，因此我們所有后續工作中，將使得功率放大器的輸入功率控制在-30dBm 以下。

圖12、功率放大器的增益及線性范圍

功率放大器的長期信號漂移是描述對應于實驗室在兩個工作時段，這決定了實驗室是否能夠在幾周甚至幾個月時長內，沿用同一個校準數據。我們的摸底測試是在兩個工作日，對功率放大器分別重新啟動、預熱30 分鐘之后，輸入設置統一分別設置為-40dBm（線性區間之內），測試功率放大器的六個通道，在不同的頻率點的輸出信號幅度與相位的差異值，測試結果見圖13，測試結果表明兩次測試功率放大器最大的信號幅度漂移可能超過1dB，相位漂移則相對較小，這意味著系統在不同的工作時間，測量不確定可能會由于功率放大器的信號漂移而大幅增大，因此我們建議系統應該進行日常校準工作，即校準文件需要經常進行更新。

功率放大器的短期信號漂移是描述對應于某一次測試過程中，如40 分鐘，輸出信號的變化，我們記錄到40 分鐘最大的信號幅度變化在0.1dB 以下，這證明在同一次測試過程中，功率放大器的信號漂移不會對系統測試結果產生影響。

圖13、功率放大器各通道的信號漂移（長期）

3.2.4、多探頭之間的耦合情況

對于多探頭系統，天線探頭之間的互相耦合可能會影響到測試結果，這種影響的評估在尺寸較小的暗室配置中顯得更為重要，在ABP MIMO OTA 單簇法系統中使用到了3 個雙極化的天線探頭，我們分別對3 個天線的兩種極化做了測試，測試結果見圖14，測試結果表明最大的耦合發生在3 號天線的垂直與水平極化之間，在1.2GHz 約為-18dB，其他耦合一般小于-30dB。

圖14、暗室內天線探頭之間及各極化方向的信號耦合情況

3.3、信道模型的驗證

作為系統信道環境重建成功與否的重要確認，在正式開始測試之前，無論是何種測試方法，均應當對暗室/ 混響室內部的信道模型做一個完整的驗證。廣播電視規劃院對單簇模型的信道驗證結果在參考文獻[40] 中有詳細的介紹，PDP、多普勒頻移和空間相關性驗證的結果見圖15、表6 及圖16。

圖15、ABP 單簇法信道模型的驗證：時延特性

表6、多普勒擴展的驗證結果

圖16、ABP 單簇法信道模型的驗證：空間相關性

3.4、測試區域內的信號功率與SIR 驗證

在目前的MIMO OTA 針對吞吐量測試，必須對測試區域內的參考測試信號功率（RS-EPRE）及SIR 值進行驗證，否則不同實驗室之間的測試數據無法進行統一和比較。參考文獻[41]、[42]、[43] 中列舉了測試功率及SIR 的定義和驗證方法。

廣播電視規劃院的單簇MIMO OTA 系統的信號功率與SIR 驗證結果在參考文獻[39] 中已列舉，摘錄如下：在測試區域中的RS-EPRE 的計算值與實際測試值之間差異為-0.34861 dB ；在UMi、UMa/A、UMa/B 信道模型下，測試區域中的SIR 目標值與實際測試值之間的差異分別為-0.28dB，-0.58dB 及-0.47dB。

3.5、實際測試結果

在CTIA 開展的第二輪比對測試當中，廣播電視規劃院利用建立的單簇法MIMO OTA 測試系統對送樣的3 類天線及其終端進行了測試，測試結果表明單簇法可以很好地將3 個終端進行區分，不同的信道模型對終端吞吐量的影響也清晰可辨（圖17） 。

圖17、ABP 單簇法實測結果

4、結束語

在本文當中，以多探頭方案為主介紹了各種多天線終端的測試方法，并闡述了信道模型及其驗證在多天線終端的性能評估方案中的重要意義，對以單簇法為代表的多探頭方案在系統校準、信道驗證、測試方法等細節進行了詳細的論述。

中國的4G 牌照已于2013 年12 月4 日發放，多天線終端和MIMO 技術將逐漸成為主流，與此同時，隨著國家地面數字電視的推廣和高清多屏互動的應用，以802.11ac 為代表的WiFi 多天線技術也將進入普通家庭。在這個背景下，MIMO OTA 作為保障用戶體驗的終端性能評估方法，其研究和演進必然對整個無線通信行業及多天線技術的發展產生重要影響。

作者：新浪微博@吳醒峰 來源：廣播與電視技術