李詠東 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術(shù)專欄

R&SCMW500在OTA測試中的優(yōu)勢

李詠東 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

編者按：隨著LTE、Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展，MIMO、OFDM寬帶技術(shù)得到大量應(yīng)用。OTA測試不再僅局限于測試終端天線輻射球面的發(fā)射功率和接收靈敏度，測試吞吐率、MIMO、載波聚合將逐步成為移動(dòng)終端天線OTA測試的必選項(xiàng)目。誰最先實(shí)現(xiàn)了這些功能，誰就最先站到了OTA測試的最高點(diǎn)。羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司李詠東所撰《R&SCMW500在OTA測試中的優(yōu)勢》一文對R&SCMW500綜合測試儀進(jìn)行了詳細(xì)介紹。羅德與施瓦茨公司提供的R&SCMW500綜合測試儀是業(yè)界唯一的單臺儀表，可提供GSM、cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA、HSPA、EV-DO、LTE-TDD、LTE-FDD、LTE-Advance、Wi-Fi802.11ag AC、藍(lán)牙、CMMB等完整制式，是實(shí)現(xiàn)測試發(fā)射功率、接收靈敏度、吞吐率、MIMO、載波聚合等功能的完美測試平臺。

1 引言

通常移動(dòng)通信終端中的OTA（OverTheAir）測試，實(shí)際上是指使用綜合測試儀的Active有源測試，有別于使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的Passive無源測試。

使用有源測試的測試速度雖然比無源相對要慢，但是因?yàn)橐苿?dòng)終端是一個(gè)復(fù)雜的材料體，往往無源測試對發(fā)射性能的模擬是可信的，對于接收性能，只能大概參考一下，某些特例里甚至完全不能吻合。在當(dāng)今現(xiàn)代通信大量采用寬帶OFDM、MIMO技術(shù)的情況下，采用有源測試，能更直觀和準(zhǔn)確地反映移動(dòng)終端天線的性能。

傳統(tǒng)的測試參數(shù)如下：

（1）發(fā)射功率（TRP）：通過對整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到。它反映移動(dòng)終端整機(jī)的發(fā)射功率情況，跟移動(dòng)終端在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。

（2）接收靈敏度TIS（TotalIsotropicSensitivity）：在整個(gè)輻射球面移動(dòng)終端接收靈敏度指標(biāo)的情況。反映了移動(dòng)終端整機(jī)的接收靈敏度情況，跟移動(dòng)終端的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)。

通過測試后，最終可得到有源參數(shù)生成報(bào)告，讓研發(fā)者一目了然地知道所做天線性能的好壞。

但是，當(dāng)今移動(dòng)通信技術(shù)日新月異，全新的測試?yán)砟钜惨粯記_擊著傳統(tǒng)的OTA測試領(lǐng)域。

縱觀GSM-TD-SCDMA-HSPA-LTE、cdma2000 EV-DO-LTE、802.11ag AC的發(fā)展歷程，無一不是以“提高傳輸速率”為奮斗目標(biāo)。天線性能將直接影響到數(shù)據(jù)的傳輸速率，通過以下測試參數(shù)可以更直觀地查看到移動(dòng)終端在整個(gè)輻射球面的表現(xiàn)情況：

（1）吞吐率（Throughput）：測試移動(dòng)終端在耦合情況下達(dá)到的傳輸速率。例如，Cat4的移動(dòng)終端在SISO情況下RLC的理論吞吐率可達(dá)75Mbit/s，通過OTA測試可以驗(yàn)證移動(dòng)終端是否在整個(gè)輻射球面均可達(dá)到75Mbit/s傳輸速率。

（2）多天線（MIMO）：測試移動(dòng)終端在多天線（包含天線分集）情況下達(dá)到的傳輸速率。例如，Cat4的移動(dòng)終端在2×2情況下RLC的理論速率可達(dá)150Mbit/s，OTA測試可驗(yàn)證在耦合情況下各方向的數(shù)據(jù)傳輸情況。

（3）載波聚合（CA）：在LTE-Advance的R10中，對移動(dòng)終端提出了載波聚合的要求。例如，Cat6就要求2DownLinkCA，速率達(dá)到300Mbit/s。

2 R&SCMW500在OTA測試中的優(yōu)勢

以下是羅德與施瓦茨公司的CMW500測試方案是如何測試上述參數(shù)的，由此可以看到它獨(dú)特的優(yōu)勢：

（1）發(fā)射功率（TRP）：OTA程序控制R&S CMW500與移動(dòng)終端完成連接后，控制被測移動(dòng)終端按指定功率發(fā)射，并按三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)被測終端，通過OTA暗室中的接收天線，R&SCMW500不斷接收并測量到被測終端的發(fā)射功率，R&S CMW500把測試值反饋到測試軟件，按照坐標(biāo)得到被測終端在整個(gè)測試球面的發(fā)射功率。

R&S CMW500提供了3～6個(gè)RF接頭，OTA測試的發(fā)射天線與接收天線可以分開，對于發(fā)射路徑和接收路徑完全不同的OTA測試來說，可以方便地設(shè)置輸出、輸入接頭及無線損耗補(bǔ)償，而無需使用影響測試精度和動(dòng)態(tài)范圍的合路器。

（2）接收靈敏度TIS（Total Isotropic Sensitivity）：OTA程序控制R&SCMW500與被測終端完成連接后，下調(diào)下行發(fā)射功率到規(guī)范指定值，旋轉(zhuǎn)被測終端，測試在三維坐標(biāo)下的BER，驗(yàn)證是否符合要求。由于移動(dòng)終端天線的增益都是0～2dBi左右，因此綜測儀的發(fā)射精度越高，就越能精確地測量到移動(dòng)終端在不同三維空間的增益變化情況。R&SCMW500的信號源可達(dá)0.6dB的發(fā)射精度，是業(yè)界精度最高的綜合測試儀。

通常地，OTA測試不但應(yīng)用于蜂窩通信，也應(yīng)用于像Wi-Fi、CMMB等非蜂窩通信測試。一臺綜測儀如果涵蓋了蜂窩通信的GSM、cdma2000、TD-SCDMA、WCDMA、HSPA、EV-DO、LTE-TDD及LTE-FDD及非蜂窩的Wi-Fi802.11ag AC、CMMB、藍(lán)牙等，那將是OTA的一站式測試方案，為OTA測試的理想操作模式，而R&SCMW500可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

（3）吞吐率（Throughput）：無論蜂窩或非蜂窩通信的移動(dòng)終端，都可與R&SCMW500按照指定速率建立通信，隨后與R&S CMW500內(nèi)置數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)單元（DAU）建立IP連接，不依賴于外置服務(wù)器完成Ping、HTTP、FTP、UDP、TCPIP數(shù)據(jù)應(yīng)用，在不同的頻段、頻率、速率、天線方向上的吞吐率表現(xiàn)，可以有效地評估移動(dòng)終端天線的性能，具體參見圖1。

圖1 R&SCMW500具有獨(dú)特的內(nèi)置吞吐率測試功能

（4）多天線（MIMO）：移動(dòng)通信發(fā)展到今天，數(shù)字調(diào)制技術(shù)已做到爐火純青，當(dāng)前有效地提高數(shù)據(jù)速率的方法就是使用多天線技術(shù)（MIMO）。天線的好壞，直接影響MIMO的實(shí)現(xiàn)效果。因此，在OTA測試中，對MIMO的測試必不可少。

LTE 3GPP36.213對多天線的數(shù)據(jù)發(fā)送格式、數(shù)據(jù)流調(diào)度、多天線間的相互關(guān)系做了詳細(xì)定義，分別為Transmission Mode1～9，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腛TA測試中應(yīng)分別予以測試。

目前，R&SCMW500已經(jīng)支持：

●LTER8

——Transmission Mode 1 for 2× 2MIMO and 4×2MIMO。

——Transmission Mode 2 for 2× 2MIMO and 4×2MIMO。

——Transmission Mode 3 for 2× 2MIMO and 4×2MIMO。

——Transmission Mode 4 for 2× 2MIMO and 4×2MIMO。

——Transmission Mode 6 for 2× 2MIMO and 4×2MIMO。

如圖2所示，支持單層閉環(huán)空間多路復(fù)用。——TransmissionMode7for2×2MIMO。如圖3所示，支持單層波束成形。

——TransmissionMode8for2×2MIMO。

如圖4所示，支持雙層波束成形。

——Transmission Mode 9 for 2×2MIMO，4×2MIMOand8×2MIMO。

支持8層空間多路復(fù)用。

●LTER10

圖3 TM7實(shí)現(xiàn)示意圖

圖4 TM8實(shí)現(xiàn)示意圖

——2載波聚合MIMO 2×2、MIMO 4×2、MIMO 8×2。

——2載波聚合2上行載波SISO。

——支持1載波MIMO、2載波SISO的Cat6。

——支持3載波聚合的接收機(jī)靈敏度測試。

LTE采用MIMO技術(shù)最重要的一個(gè)原因就是它可有效地抵抗復(fù)雜的無線環(huán)境衰落。因此，為檢測移動(dòng)終端天線在實(shí)際無線環(huán)境中的表現(xiàn)，需要在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造一個(gè)環(huán)境來模擬再現(xiàn)。R&S CMW500內(nèi)置基于3GPP36.521-1定義的EPA5和EVA5衰落模型，可以方便地驗(yàn)證多天線性能。

圖2 TM6實(shí)現(xiàn)示意圖

（5）載波聚合（CA）

LTE已經(jīng)發(fā)展到了R10，為提高傳輸速率及有效地利用可用頻率資源，采用了載波聚合技術(shù)：每個(gè)載波可工作在不同頻段、不同頻率，甚至不同制式（例如一個(gè)載波TDD、一個(gè)載波FDD），對于承載不同信號的移動(dòng)終端天線提出了很高要求。最終效果如何？還需要移動(dòng)終端與綜測儀建立實(shí)際信令連接，測試相關(guān)指標(biāo)才能知道。

R&SCMW500單臺信令綜測儀可以支持2～3個(gè)下行載波的載波聚合MIMO發(fā)射機(jī)、接收機(jī)測試。這是業(yè)界獨(dú)此僅有的單臺儀表解決方案。方便的遠(yuǎn)程控制、簡單的設(shè)備搭建，非常利于OTA自動(dòng)程序運(yùn)行測試，具體參見圖5。

圖5 支持LTER10中UL載波分別為TDD、FDD的測量

3 結(jié)束語

隨著LTE、Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展，MIMO、OFDM寬帶技術(shù)得到大量應(yīng)用。OTA測試不再僅僅局限于測試終端天線輻射球面的發(fā)射功率和接收靈敏度。測試吞吐率、MIMO、載波聚合將逐步成為移動(dòng)終端天線OTA測試的必選項(xiàng)目。誰最先實(shí)現(xiàn)了這些功能，誰就最先站到了OTA測試的最高點(diǎn)。羅德與施瓦茨公司提供的R&SCMW500綜合測試儀是業(yè)界唯一的單臺儀表，可提供GSM、cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA、HSPA、EV-DO、LTE-TDD、LTE-FDD、LTE-Advance、Wi-Fi 802.11ag AC、藍(lán)牙、CMMB等完整制式，是實(shí)現(xiàn)測試發(fā)射功率、接收靈敏度、吞吐率、MIMO、載波聚合等功能的完美測試平臺。讓羅德與施瓦茨公司的“倚天寶劍”與您的OTA“屠龍寶刀”雙輝合璧，獨(dú)步OTA測試之天下。

1 羅德與施瓦茨公司.CMW_DataApplicationUnit_UserManual

2 ToralfWiesner.R&SCMW500_feature_update

3 3GPPTS36.213V11.0.0(2012-09)

4 羅德與施瓦茨公司.R&SCMW500_dat-sw_en