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新技术协助进行802.11n和MIMO测试

Jim Taber?? 泰克公司实时频谱分析仪部产品规划师?? 2007年10月16日 ?? 收藏0

  多年以来,当传输到接收的路径没有障碍时,无线局域网(WLAN)技术一直能够无瑕疵地运行。然而,现实世界不是平的,也不是空的,物理障碍一直是影响WLAN性能的主要因素。墙、人和其它物体经常会阻碍无线信号,产生失真和多路径衰落,进而导致重传,最终会降低信号完整性和吞吐量。

  长期以来,制订和改进无线标准的人员一直通过增加链路预算、使用天线分集和其它昂贵的技术,来处理折射效应。然而,新技术的开发使IEEE过程发生了有效逆转。与过去采用更多的功率补偿这些效应的无线技术相比,新的创新技术现在正利用多路径条件,改善吞吐量。

图1使用实时频谱分析仪和任意波形函数发生器的2x2MIMO测试设置在不能使用MIMO发射机的某些情况下可以采用任意波形发生器


  即将批准的IEEE 802.11n标准采用与802.11g类似的调制格式,但它提供了一个额外的优势,即应用空间处理技术改善网络性能。这种技术称为多输入多输出(MIMO)。它对传输和接收都使用多部天线,以提升数据传输速率和无线信号质量。为此,MIMO需要利用接收机所看到的各种反射。这些反射(多路径)导致传输在不同时间、以不同幅度和不同相位特点到达接收机。

  有三种MIMO 技术:空分多址(SDM)、预编码和分集编码。例如,采用SDM的2x2 MIMO系

统(两部发射天线和两部接收天线),利用多路径在两部天线上发射不同的数据,但使用相同的编码。每部接收机从两个传输(Tx1和Tx2) 中接听信号,MIMO独特的数字信号处理(DSP)技术可以重建弱信号。其结果是可以提高信号完整性,改善吞吐量。

  MIMO测试挑战

  在使用单输入单输出(SISO)方法的传统通信中,通过检定发射功率和误差矢量幅度(EVM),可以简便地确定系统性能。但在MIMO中,这些测量是不够的。即使EVM性能在每台发射机天线上都是完美的,但系统性能仍会由于传播信道条件差而达不到标准。

  这些环境导致了多个测试、检定和调试问题:您怎样测试MIMO DSP算法、调试错误?您怎样检定MIMO系统的传播环境?在存在更大的广播信号时您怎样捕获间歇性传输?您怎样验证MIMO发射机的性能?您怎样测试竞争对手的802.11n设备基准?为回答这些问题,必须评估收到的信号质量,以开发、安装和维护RF数字通信仪器。如果出现信号质量劣化,必须评估多条传播路径的空间条件,考察劣化的成因。

  在采用SDM的MIMO通信中,大量的发射天线发送不同的信号,也有大量的天线接收这些信号。接收机使用与发射天线和接收天线之间的传播路径有关的信息来解调信号,发射天线和接收天线有不同的传递函数。在2x2 MIMO系统中,在发射天线和接收天线之间的2x2传递函数,要求使用所有传递函数的计算过程从一部发射天线中恢复数据。

  基本上要考虑两套MIMO测试。第一套是MIMO系统测量,帮助系统设计人员了解天线位置与传输环境(传播信道)之间的相互影响。这些测量也说明了物理环境对MIMO传输的影响。第二套是比较传统的发射机测量,如EVM、载频误差、正交频分复用(OFDM)平坦度、输出功率和频谱辐射模板(SEM),以验证是否满足IEEE 标准。

  这些测试超出了SISO和传统系统要求的标准 EVM测试范围。但是,这些测试必不可少,以确定发射天线和接收天线的最佳位置,保证区分传播信道,确保MIMO系统高效运行。

  MIMO测试技术

  目前,许多设计人员正在测试和分析中使用先进的实时频谱分析仪(RTSA),捕获解调MIMO信号。顶级RTSA与高速无线传输技术保持同步,提供了110 MHz的实时带宽、每秒48,000个频谱的捕获速率及高达95 dBc的无杂散信号动态范围(SFDR)。部分RTSA采用独特的数字荧光技术、频率模板触发和MIMO专用分析软件,正帮助克服MIMO测试挑战。

  在2x2 MIMO系统中,要求使用两台RTSA,因为必须分开捕获和解码发送的每个信号。另外还必须同时触发这两台仪器。为此,可以采用任意波形/函数发生器(AFG)。图1说明了这种测试设置,在没有实际MIMO发射机的情况下增加了一台任意波形(AWG)。一台RTSA作为Rx1操作,是主仪器。第二台RTSA作为Rx2操作,其参考时钟受控于Rx1。AFG用来同步触发两台RTSA。通过使用这种测试设置,设计人员可以有效地创建、捕获和解调2x2 MIMO传输。然后可以使用RTSA的MIMO专用软件或集成触发功能,在一台仪器上汇集两个信号,收集Rx1和Rx2数据,进行全面分析。

图2实时频谱分析仪画面显示MIMO传输测量结果


  一旦捕获了信号,设计人员可以从广播的发射端和接收端,对大量的因素进行分析。从接收机角度看,部分RTSA上的O-gram显示画可以帮助设计人员了解传播信道的性能随时间变化的情况。用户可以查看传播信道的传递函数、传递函数图、延迟曲线和延迟图。传递函数说明了传输的相位和幅度怎样随频率(副载波)变化。传递函数图允许用户查看传播信道在分析周期内对每个副载波的幅度和相位的影响。延迟曲线说明了分组延迟怎样随频率和时间变化,延迟图则更进一步,说明了接收机上的延迟分布怎样随时间变化。由于传播路径之间的相似性影响着性能,因此延迟图中的分布越宽,MIMO系统的性能越好。


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