訊號產生與分析工具支援TM9模式 8×8 MIMO系統開發精準達陣
多年來，無線通訊技術從2G蜂巢式系統一路向3.9G/4G系統演進，而先進長程演進計畫(LTE-Advanced)是第三代合作夥伴計畫(3GPP)LTE標準的增強版，具有更多的優勢，如充分利用先進網路拓撲，並實現高達1Gbit/s的下行鏈路和500Mbit/s上行鏈路峰值資料速率。為達成前述目標，基於LTE第8/9版標準的LTE-Advanced進行多項重大改進，並在LTE第10版及更高版本中添加新技術。
其中一項改進就是高階多重輸入多重輸出(MIMO)技術，亦即智慧型天線技術。MIMO是利用多個發射和接收天線(兩個或以上)在無線通道中的通訊方式。為提高單用戶峰值資料速率，並滿足國際電信聯盟的頻譜效率要求，LTE-Advanced(第10版)針對下行鏈路推出新的多層傳輸模式–傳輸模式9(TM9)，使得MIMO得以支援多達八個空間流(Spatial Stream)和天線。雖然從2×2和4×4 MIMO向8×8 MIMO的演進仍然處於開發階段，但對其進行有效測試，已經成為推動此技術向前發展的關鍵。
傳輸模式大相逕庭 8×8 MIMO測試挑戰重重
TM9與之前2×2/4×4 LTE系統的傳輸模式大為不同，因此在設計和測試8×8 MIMO方案時，系統工程師面臨許多重大的挑戰，主因是現有的2×2和4×4 MIMO測試解決方案，並不適用於8×8 MIMO的設計與測試。
這兩種傳輸模式的主要區別在於，TM9基於與無碼簿(Non-codebook)的預編碼。TM9是TM7和TM8雙流波束成形技術的延伸，但TM9將雙流增加為八個流，因此須使用額外的天線埠來處理八流傳輸。
TM9訊號的結構也與第8版4×4 MIMO訊號截然不同。TM9包括新的用戶端裝置(UE)參考訊號和特定細胞參考訊號，UE參考訊號消除在新增天線埠上發射額外的細胞參考訊號的負擔，以便支援TM9中更多的流。用戶端裝置使用UE參考訊號做為相位參考，以進行解調變和通道估算。
由於新的天線埠不會傳輸訊號參考訊號，全新的通道狀態資訊參考訊號(CSI-RS)業已推出，讓用戶端裝置能夠執行通道估算(如在沒有收到下行鏈路共用通道時)。TM9的其他新特性包括在多達八個流上處理波束成形(Beamforming)，在單用戶MIMO至多用戶MIMO之間進行無縫切換。
克服8×8 MIMO測試難題 八通道測試方案問世
隨著8×8 MIMO技術的演進，LTE系統的開發與部署正推動著產業向前發展，因此迫切須要使用適當的LTE分析和訊號產生解決方案。但是，這種解決方案必須能夠有效地處理8×8 MIMO方案帶來的差異性。
在有限的量測空間內同時操作八個無線通道，帶來許多難題，其中之一就是會產生干擾和串擾，這對系統性能會有不利的影響。因此，相關測試設備須支援完整的八通道測試(圖1)。為確保第10版標準的功能可正常發揮，測試設備須支援UE參考訊號(UE-RS)、細胞參考訊號(CRS)和CSI-RS訊號，以及波束成形技術、單用戶MIMO和多用戶MIMO切換。
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| 圖1 LTE-Advanced 8×8 MIMO訊號產生和分析解決方案，可依據3GPP第10版標準執行FDD和TDD訊號的產生與分析。 |
建立LTE-A波束成形模型 模擬/測試功能測試方案發威
建立LTE-A波束成形模型 模擬/測試功能測試方案發威
波束成形是LTE-Advanced的關鍵技術，旨在改善訊號品質、增大細胞覆蓋範圍並降低干擾。產業界發展的電子系統級(ESL)設計軟體不僅提供8×8 MIMO編碼與虛擬MIMO空中傳播和衰落效應，並可建立基地台波束成形模型、評估系統級傳輸速率效能。
ESL設計軟體提供完整的LTE-Advanced波束成形解決方案，包括天線陣列設計、驗證和最終波束成形效能評估(圖2)。
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| 圖2 ESL設計軟體SystemVue可支援天線陣列設計和驗證，以及波束成形效能評估。圖為4G波束成形設計流程。 |
第一步驟是使用天線合成工具計算一組激發源，使線性天線陣列能夠匹配指定的輻射碼型；再者使用向量訊號分析儀(VSA)89600在模擬環境和真實的射頻訊號環境中測試輻射碼型；再來是評估ESL設計軟體–SystemVue中的LTE-Advanced傳輸速率效能。注意，使用者也可加入射頻減損、MIMO通道情境，和合成後的天線碼型。
最後，將模擬環境中的任意波形下載到MXG或其他向量訊號產生器，以便在測試環境中應用這些實際訊號。
SystemVue波束成形技術藉由控制天線陣列的激發，來產生控制天線和旁瓣遠場天線碼型，進而將已接收的訊號與干擾加雜訊比(SINR)最大化。這些波束成形和8×8 MIMO傳播模型屬於SystemVue W1715 MIMO通道選項的一部分。SystemVue的W1918 LTE-Advanced資料庫包括8×8 MIMO編碼和傳輸速率模擬。
包含十個陣元的等間隔天線陣列就是一個例子(圖3)。天線合成產生的激發可輸入到LTE-Advanced訊號源，以形成指定的LTE-Advanced波束成形案例，其中添加了射頻減損和衰落。所產生的一系列訊號可透過SystemVue進行89600 VSA協同模擬，以便量測檢測過的激發、天線輻射和其他量測值。之後設計人員可使用訊號產生器將這些訊號還原到硬體，在訊號分析儀中進行量測，並透過相同的89600 VSA演算法顯示結果，以便直接比較。
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| 圖3 圖中顯示十個陣元的等間隔天線陣列的主波束下界(A曲線)、副波束上界(B曲線)和合成碼型結果(C曲線)。激發位於右側。 |
雖然8×8 MIMO技術目前仍處於開發階段，但對其進行有效測試的能力，已經成為推動此技術向前發展的關鍵。為達成目標，開發人員須使用完全符合3GPP第10版標準的訊號產生和分析解決方案，以便支援TM9和八流傳輸。
