運用高性能、多接口通道模擬器　LTE MIMO OTA測試效率大增

2015-04-27

Karthikesh Raju

高性能、多接口通道模擬器將提升MIMO OTA測試效益。CTIA、CCSA和3GPP陸續底定LTE MIMO OTA測試規範，並建議以最能模擬真實環境的電波暗室方案為主，因而刺激量測解決方案、驗證實驗室業者加緊部署高性能、多接口通道模擬器，以滿足MIMO OTA嚴格的測試要求並提高效率。

相較於寬頻分碼多重接取(WCDMA)、增強版高速封包存取(HSPA+)等3G技術，4G長程演進計畫(LTE)藉由更高傳輸速率提供更好的使用者體驗，而此一發展也促使業界走向較複雜精密，須在上市前進行大量測試的多重輸入多重輸出(MIMO)裝置。

現階段，MIMO OTA(Over the Air)性能測試已被用來評估在終端裝置上進行數據傳輸時的使用者體驗，該測試必須在與真實世界近似的環境中進行。

換句話說，量測驗證業者須以無線方式，並利用通道模擬器精準模擬出各種不同的MIMO OTA測試環境，包含市區、郊區、鄉村與室內環境(圖1)。

圖片來源：Anite
圖1　現實環境中存在各種無線通訊技術，增加MIMO訊號干擾問題。

當無線電波在訊號傳遞途徑中觸及物體時，無線電波可能散射、繞射、反射或被吸收，因此相關驗證實驗室、輛測解決方案供應商也須將此類射頻(RF)訊號特性納入考量。對此，通道模擬器可在實驗室內精準模擬真實世界無線電波通道的特性，包含多路徑傳遞(各路徑延遲、都普勒效應、發射相位角、接收相位角、極化等現象)、基地台天線效應，以及雜訊與干擾。

符合CTIA/3GPP規範電波暗室模擬真實MIMO環境

根據美國無線通訊協會(CTIA)與3GPP標準聯盟的規範，OTA測試模式主要可分為三種，分別為單一輸入單一輸出(SISO)、傳輸密度與MIMO。其中在電波暗室(Anechoic Chamber)的MIMO OTA測試，幾乎符合3GPP、中國通信標準化協會(CCSA)與CTIA的所有技術需求，它可帶來最穩定且可靠的測試結果，即使未來LTE陸續加入新的功能，如上行MIMO、協調多點收發(CoMP)網路、增強型蜂巢式區域間干擾消除(eICIC)(圖2)，以及適應性天線，也能有效因應。

圖片來源：Anite
圖2　eICIC技術概念圖

雖然電波回響暗室(Reverberation Chamber)方法可提供簡單與快速的預認證測試，但電波暗室可提供待測天線方位的向量資訊，是以天線排列模型測量在不同天線安裝配置下對使用者體驗的影響，合乎CTIA OTA量測規範；此外，電波暗室亦能準確複製場域通道模型(亦稱擴展空間通道模型(SCME))，這對MIMO OTA測試而言至關重要。

針對傳輸密度、MIMO配置不同測試方案

全球通訊協定量測解決方案供應商，已經貢獻通道模擬(Channel Simulation)的專業知識予CTIA MIMO OTA工作組，該群組自2011年3月起就開始研究MIMO OTA性能(連同所有CTIA運營商)。

該協會最近已認可兩種OTA多天線終端測試，一是研發基於傳輸模式3(MIMO)，使用3GPP空間通道模型(SCM)測試2×2下行MIMO傳輸性能，稱之為MIMO OTA測試；二是研發基於傳輸模式2(傳輸密度)用於低傳輸性能且低時間延遲應用(例如VoLTE)的評估測試，稱之為傳輸密度測試。

考慮到評估待測終端裝置所需的測試本質，該工作組推薦MIMO OTA測試在電波暗室中使用多探頭的方式 (AC-MC)，而傳輸密度測試則是前述AC-MC，或是使用電波回響暗室搭配通道模擬器的RC+CE方式。前述技術演進與標準組織要求，促使在中國大陸、台灣、歐洲與北美的先進測試實驗室加速建置合乎CTIA推薦，以電波暗室為基礎的MIMO OTA測試環境，不論是全新建置或者既有升級，都已使用具備八或十六支天線的環狀暗室。每根天線都需要來自兩個通道模擬器接口的訊號，因此需要導入十六或三十二接口的通道模擬器(圖3)。

圖片來源：Anite
圖3　基於Anite多接口通道模擬器的MIMO OTA測試架構

實驗室增購多通道模擬器

也因此，包含中國信息通信研究院(CAICT)、中國電信技術實驗室(CTTL)、SGS及AT4 Wireless等主要測試實驗室，都選用先進的通道模擬器。

以Anite所推出的Propsim F32方案為例，相較於市面上同級的通道模擬器產品，其提供雙倍於測試需求的測試能量，為市面上極具MIMO OTA測試效益的解決方案之一，利用它搭建的高性價比測試方案除可滿足今日2×2 MIMO測試需求外，亦可因應未來終端測試如載波聚合(Carrier Aggregation)或者大規模MIMO終端測試。