引言

本文在介紹CATR聯合CMCC進行的TD-LTE實驗室測試的基礎上，著重介紹復雜信道模型的模擬。思博倫新一代信道模擬器VR5-HD充分考慮了目前和未來的需求，支持所有TD-LTE，及LTE-A的測試，真實的模擬無線信道環境，使用方便，連接簡單，重點介紹其對本次測試的支持情況。

TD-LTE多天線測試

1.1 MIMO and beamforming

MIMO，即多輸入多輸出，因為可以成倍的提高系統容量，成為LTE的指定技術之一。另一方面，TD-LTE具有天然的上下行信道對稱性，可以利用多天線來實現beamforming，從而提高增益，降低干擾。事實上，在TDD的3G階段，TD-SCDMA即充分利用上下行信道的對稱性實現beamforming。TD-LTE創新的提出了雙流beamforming，即MIMO+beamforming技術，同時實現提高容量和降低干擾提高增益，是TD-LTE的最顯著的特點。

上下行信道對稱性又叫信道互易性，在測試beamforming時，必須滿足天線的互易性。

天線

TD-LTE基站有兩種天線配置，一種是兩天線，即2*2MIMO，該配置只使用MIMO技術，不使用beamforming技術，主要應用在室內及微蜂窩場景；另一種是8 天線，即8*2MIMO，該配置將8天線分為兩組，每組包括4天線，組內使用beamforming，組間使用MIMO發送雙流。這就是雙流 beamforming。8天線配置是將來的主要方向，也是我們測試的主要內容。

8天線帶來一個挑戰，因為天線各天線平行放置，且有一定的間隔，使得天線的尺寸較大，不易于工程使用。所以從3G開始，都使用+-45°的雙極化天線，尺寸約縮小了一半，大大增強了實際可用性。同時，雙極化天線因為兩組天線的相關性天然降低，有利于提高MIMO容量。

圖1 TD-LTE應用的雙極化8天線

CMCC還要求使用方向性天線，進一步提高天線覆蓋的效率。

在模擬無線信道環境時，必須模擬天線的極化及方向性，否則造成信道模型及輸出功率不正確。

多天線無線信道環境仿真

因為可控性、可重復性、可對比等特征，實驗室評估測試越來越受到重視，有著實際外場測試不可替代的優點，成為在外場驗證之前必不可少的關鍵一步。那么在實驗室模擬真實的無線環境就成為一個課題，即如何在實驗室真實、快速的仿真無線信道環境，從而在實驗室構造完整的測試環境，驗證網絡設備或終端。

TD-LTE要求8通道的互易信道，對系統集成度提出了更高要求；多天線技術特有的信道模型均要求更優的信道模擬器的可靠性和真實性；同時由于測試復雜，周期長，希望使用方便，實時處理，實時仿真。

思博倫作為90年代即推出信道模擬器的工業標準，不僅提供經濟的方案，最新一代高集成度信道模擬器提供了最領先且易用的方案。可實時模擬所有要求的信道模型，內置功率計，方便的GUI，簡單的連接，從而快速準確的進行測試。

TD-LTE研發技術試驗的要求

研發技術試驗包括兩類測試。一類是上行解調測試，主要是驗證基站在指定的信道環境下接收機的解調性能，要求得到在不同吞吐量下的信噪比，對接收機性能做出評估和比對。

圖2 上行解調測試結構圖-SR5500M

另一類是雙向測試，主要驗證MIMO，MIMO加beamforming的在不同信道環境下雙向測試，要求畫出吞吐量與信噪比的曲線，對整體性能做出評估和比對。

圖3 雙向8*2測試結構圖-VR5-HD

從以上測試要求可以看到，信道衰落環境仿真起著至關重要的作用，要求信道模型真實，噪聲電平、輸出功率等精確易控，設備可靠，同時因為環境復雜，要求信道模擬器連接盡量簡單，操作方便，測試效率高等。

2.1 硬件基本要求

在上行解調的測試中，要求單向8通道的測試能力，無需外部設備或衰減器。

在雙向測試中，要求雙向8通道的測試能力，無需外部設備或衰減器，相位校準方便、精度高、校準周期盡量長等。

輸入輸出應具備實時功率計，并支持實時的脈沖模式測量以滿足TD-LTE的要求，實時觀察各端口功率。

儀表具有良好的可靠性，各端口具備過載功率保護措施，不易損壞。

儀表的維修和校準應該在本地，在出現異常情況能快速處理并恢復。

功能要求

支持所有信道模型：支持基于幾何地理的SCME模型和IMT-A M.2135規定的信道模型。

信道模型必須是基于幾何地理方法的，不能用基于相關矩陣的信道模型來近似。

支持天線極化和天線方向性的設置。

儀表的功率精確，保證輸出的信噪比精確，對測試結果的評估至關重要。

儀表具備較高的動態范圍，測試要求的信噪比及噪聲功率需要覆蓋非常寬的范圍，要求儀表的動態范圍盡可能大，這樣保證可以滿足最低和最高的功率要求，找到設備的臨界點。

思博倫先進信道模擬解決方案

3.1 思博倫簡介

思博倫通信的無線通信測試系列產品能夠為2G、2.5G、3G、4G移動通信系統和WLAN/WiMAX系統提供目前最先進的和最精確的測試解決方案，它貫穿了產品的研發、系統性能測試、質量保證、生產測試、產品評估、設計驗證、一致性測試及入網認證的整個過程。思博倫無線信道仿真器作為工業標準已有20年的歷史，見下圖的演變：

圖4 思博倫無線信道仿真器系列

SR5500/SR5500M是使用最廣泛的信道仿真器。 SR5500-M提供了對LTE/WIMAX等技術對于MIMO，SCME/IMT-A M.2135等空間信道模型等新技術的支持。SR5500M提供模塊化、靈活的測試配置（單模塊提供2個物理射頻通道、4內部通道、96條徑），既滿足多個測試項目同時進行的需要，也能組合起來滿足大規模測試的需要。

思博倫新一代的信道模擬器產品平臺VR5-HD，充分考慮到B3G, 4G的測試需求，在多個方面的指標上進行了大的提升。比如更易于使用和場景創建（天然雙向連接和GUI設計的配合，觸摸屏和外部電腦控制等），支持更高的帶寬(100M)，更廣的頻段覆蓋(400M~6G)，在一臺設備里支持更多的信道數目（最大到8*4MIMO，同時也繼承了SR5500M的模塊化和可級聯設計思路），支持未來的LTE-A的測試需求（如載波聚合）等。

新一代平臺：VR5-HD

VR5-HD可以支持各種多通道配置的MIMO及波束成型測試。支持所有的3GPP一致性測試信道模型，支持基于幾何地理的信道模型，如SCME，IMT-A M.2135等。并可自定義任何信道模型。

和SR5500相同，VR5-HD為實時信道模擬器，實時信道模擬意味著具備超長的隨機序列，最真實的仿真真實場景，同時實時修改參數，給測試帶來了極大方便，無需重新編輯、編譯、修改等繁瑣、易出錯的過程，只需在GUI中修改、編輯參數，回車即可完成所有測試。

VR5-HD的主控軟件界面如下圖，可設置：

接收機和發射機連線拓撲圖

雙向連接時靈和配置端口，方便連接

多徑環境的所有參數

輸出功率及輸出的載噪比等

圖5 VR5-HD圖形用戶界面

VR5-HD的基本測試能力

對于單臺VR5-HD，可以支持以下各種配置情況下的MIMO測試：

圖6 VR5-HD靈活的MIMO配置

用思博倫儀表完成測試

實時信道模擬器，真實的仿真信道場景；實時修改參數，測試效率大為提高；強大GUI，精確的信號和噪聲功率，可信的測試結果；連接簡單，端口靈活配置，測試簡單。以上特點使VR5-HD非常強大的支持無線信道仿真的需要，特別是對于TD-LTE的多天線測試，最多可達16個射頻通道，端口多，連接復雜，必須要有簡單易用的連接方式，VR5-HD特有的8通道內置雙工器無需外接任何器件即可完成雙向8通道的連接，非常簡單。

3.3.1上行解調測試

上行測試需要使用單向的1*8環境，支持SCME、IMTA信道模型，基站設置為交叉極化，終端設置為垂直極化，天線具有方向性。

在每種信道模型下，通過調整信噪比獲得不同的吞吐量。

可方便的遍歷終端速度、信噪比設置等。

上行解調測試可用SR5500M或VR5，下圖是SR5500M的例子：

圖7 上行解調測試連接

信道模型為實時的SCME或IMTA M.2135模型：

圖8 SCME信道模型實時配置

3.3.2雙向8*2測試

雙向測試需要使用雙向的8*2環境，支持SCME、IMTA信道模型，基站設置為交叉極化，終端設置為垂直極化，天線具有方向性。

雙向測試必須保證上下行信道的互易性。所以開始測試前，需要執行相位校準。并保證相位校準的精度。相位校準的間隔應該盡量長。VR5-HD的校準精度在20M的帶寬里達到5°，請校準周期可達到1周。大大提高了測試效率。

VR5內置雙工器，無需添加然后外部器件即可完成雙向測試：

圖9 雙向8*2連接

圖10 雙向8*2配置

小結

TD-LTE因為更多的天線，以及因為beamforming而必須同時進行上下行的雙向測試，給實驗室的信道模擬帶來了較大的挑戰。同時TD-LTE需要全新的業界最前沿的基于幾何地理的信道模型，給信道模擬器的模擬帶來了新的課題。

如何準確、方便的完成如此高復雜度的仿真和測試？思博倫優秀的工程師給出了答案，基于長達20年的積累，推出了新一代信道模擬器VR5-HD。通過本文的介紹，我們可以了解到本次測試和未來的要求以及思博倫的解決方案。