测试 LTE 波束赋形

您的任务

在所描述的场景中，基站软件控制各个天线信号的加权，以将主波束波瓣平移到用户设备 (UE)。这些信号看起来错综复杂。信道之间的加权关系由于极化而与复矢量相乘。对于软件测试或系统调试，需要检查信号并验证加权，这可能根据标准而预先定义，或者为了适应 UE 的位置。

测试与测量解决方案

对于此任务，R&S®RTO 示波器是用于分析天线信道之间的幅度和相移的强大工具。高采集率和高性能 FFT 支持快速检测信号变化，并且无需下变频。R&S^®RTO 的带宽涵盖定义的频段。

当信号不连续时，波束赋形通常用于 LTE 时分双工模式 (TDD)。对于这些信号，R&S^®RTO 示波器提供宽度和窗口触发，能够捕获下游脉冲，防止记录暂停时间段的波形。这显著简化了频谱分析。另一个优点在于 R&S^®RTO 的多信道功能。如果需要并行分析四个以上的信道，可以扩展多个示波器进行测试。

应用

在示例测量设置中，将 LTE 发射机的 REF 和 MEAS1 信道连接到对应于 1×2 MIMO 系统的 R&S^®RTO。

垂直和水平设置

在第一次测量中，LTE 发射机发出 LTE TDD 信号，并且示波器使用垂直刻度高于满量程 80%的两个信道采集该信号。

设置水平刻度，均衡考虑高采集率、充足 FFT 采样点数和分辨率带宽 (RBW)。

R&S^®RTO 的宽度触发用于仅捕获 LTE TDD 信号的突发脉冲。脉冲之间的间隙被忽略，信号 FFT 测量不会因为间隙部分的噪声而受影响。

图 3显示两个 LTE TDD 突发脉冲图，宽度触发为 1 ms，采集时间为 20 ms。触发电平显示为红色虚线。

信号功率

为了检查信号的频谱一致性，下面显示了 REF 信道的频谱。如预期一样，信号是 2.0175 GHz（LTE 频段）上的 15 MHz带宽信号。可以针对 REF 和 MEAS 信道进行自动 VRMS 测量，进而实现幅度加权测量。REF 和 MEAS 信道之间的 RMS 电压比率确定加权因子大小。图 4右侧显示 RMS 电压测量，下方为 REF（蓝色）和 MEAS（粉色）信道的迹线。测量仅关注当前显示信号，因此可提供准确值。触发设置确保测量不受间隙中噪声的影响。

相移

对于 REF 和 MEAS 信道之间的相移，可以设置 MATH 信道来计算相位差。结果显示在 图 5。

需要注意两点：

• 首先，波形上会偶尔出现尖峰。这些尖峰由非符号同步采样引起。可以通过以下方式减少这些尖峰：将示波器锁定到发射机时钟，将 FFT 分辨率带宽 (RBW) 设置为等于 15 kHz的 LTE 子载波带宽，并将触发位置调整到 40 μs的最佳触发点。改进的相位差显示在 图 6中，看起来更平滑。与 图 4 相比，REF 信道的频谱也有所改善

• 其次，由于测量设置的延迟，波形与线性函数重叠。可以通过以下方式轻松消除延迟或任何其他相位偏差的影响：在没有波束赋形（加权）的情况下校准设置，根据相位差图建立 REF 波形并从相位差中减去 REF 波形。图 7显示了在 MATH 菜单中使用 fftphi 功能计算所选信道的相位

校准后， 图 8中相位测量显示为扁平线。为了评估测量的准确性，使用波形直方图功能，并对该直方图进行自动测量，以得到相位测量的均值和西格玛值。结果显示在右侧红框圈出的信号图标中。偏移 (HMean) 小于 0.1°，西格玛 (Hσ) 小于 0.25°，这足以在典型的测试场景中以 1° 的准确度测量相位。

测量可以很轻松地扩展到更多信道（见下图：用于更多信道的测量设置）。例如，1x4 MIMO 需要使用四信道 R&S®RTO 示波器。针对 REF 信号使用功分器，再加上 3 台示波器，可以分析 1x8 MIMO 系统。REF 信号经功分器输出连接到每个示波器，并将剩余的七个信号分配给空闲的示波器信道。

要更详细地分析 LTE 信号，可以将 R&S®RTO 与 R&S®VSE 矢量信号分析软件结合使用，以测量误差矢量幅度 (EVM)、I/Q 不平衡和星座图等其他参数。

总结

使用一个或多个 R&S®RTO 数字示波器，可以对 1x2、1x4 或 1x8 MIMO 系统精确测试 LTE 波束赋形。在典型的测试场景中，能够以足够精度检测幅度和相位。测量不需要任何专用软件，并且可以使用 R&S®RTO 的标配固件完成。

参考

• M. Kottkamp，A. Rössler，J. Schlienz，J. Schütz。《LTE R9 技术简介》。慕尼黑：罗德与施瓦茨，2011 年
• Bernhard Schulz。《LTE 传输模式和波束赋形》。慕尼黑：罗德与施瓦茨，2015 年