针对无线设备的MIMO OTA测试方案

作者: James Goodwin,Anite公司

越来越多的移动设备用户要求具有更快数据速率的宽带体验。这个要求不断推动制造商开发出新的技术，比如多入多出(MIMO)天线设计，以改进未来移动设备的无线性能。

设备因而变得越来越复杂，这就要求设备在上市之前做更广泛的测试。MIMO空中(OTA)性能测试用于通过再现真实环境条件评估最终用户在移动设备上 访问数据服务的体验。OTA测试在实验室完成，包括测试没有任何连线的无线设备，因此包含了设备的天线性能。

当无线电波在传播过程中碰到物体时，无线电波将会发生散射、衍射、反射或吸收现象。无线电信道模拟器可以精确地仿真这种行为，并在实验室环境中真实地复制出现实世界的无线电信道条件。这些条件包括多径传播，例如各路径延时、多普勒效应、发射角(AOD)、入射角(AOA)或极化状态；基站天线碰到的所有效应，以及噪声和干扰。MIMO OTA测试使用信道模拟器精确地模拟不同的环境，包括城市、郊区、农村和室内环境。

共有两种类型的MIMO OTA测试：一种测试是使用电波暗室，另一种测试使用混波室，两种测试都会结合信道模拟器一起进行。最近，这个行业又有了显著进步，可确保使用最合适的MIMO OTA测试类型，以便精确地评估设备性能。

加速MIMO OTA设备的测试

CTIA是一家非赢利性国际会员组织，从1984年开始进入无线通信行业。移动运营商以及设备和网络基础设施制造商都使用他们的建议作为开发和评估计划的一部分。

Anite公司向CTIA MIMO OTA小组(MOSG)贡献了信道模拟专业技术。MOSG小组从2011年3月开始调研MIMO OTA性能，最近同意(并取得了所有CTIA运营商的认可)更进一步，为具有多根天线的设备推出两种不同类型的OTA计划：

第一个计划是专门为测试基于传输模式3(TM3)，并使用空间信道模型的2×2 DL MIMO性能开发一种测试方法，这种方法称为MIMO OTA测试。

第二个计划是开发一种单独的测试，用于评估低吞吐量和低延时用例下的待测设备(DUT)，比如LTE语音(VoLTE)，并在传输模式2(TM2)基础上形成发射分集测试，这种方法称为发射分集测试。

考虑到要求客观评估待测设备的测试本性，MOSG小组建议，MIMO OTA测试应该在电波暗室中使用多探测(多群集)方法(AC-MC)，并与信道模拟器一起执行；发射分集测试则使用多探测方法(AC-MC)，或RC+CE测试方法在混波室进行，同样也要使用信道模拟器。

为CTIA标准化的MIMO OTA性能测试计划作准备

上述技术驱动力和标准化要求在中国大陆、中国台湾、欧洲和美国催生了许多领先的独立测试公司，他们创建的无回波MIMO OTA测试实验室可以满足CTIA完整的建议要求。

CTIA建议在电波暗室中建立一个至少有8根天线的环，这样的配置非常适合测试移动电话和小型平板电脑。MIMO OTA测试还包含测试诸如平板电脑和膝上电脑等较大的设备，这种情况要求建立16个天线的环。由于每根天线都要求来自两个信道模拟器端口的信号，因此在这种情况下信道模拟器需要支持多达32个信道。与2×16端口的信道模拟器相比，用32端口的信道模拟器做测试要简单和快速得多。


图1：多达32个端口的Anite信道模拟器(Propsim F32)。

我们已经与多家测试实验室进行了合作，包括中国信息通信研究院(CAICT)、中国泰尔实验室终端部(CTTL-Terminal)、台湾检验科技股份有限公司(SGS)以及AT4 Wireless公司，并提供我们的Propsim F32信道模拟器用于MIMO OTA测试。以下内容包含了一些测试装置的规格。

这些测试公司提供使用电波暗室或混波室的OTA测试，并采用信道模拟器建立真实的无线电信道传播环境。

在电波暗室中以不同角度部署多根天线，用于仿真无线电波的反射。电波暗室是一个非反射性房间(没有外部干扰)，可系统性地消除多径反射，因此被广泛地用于测试无线设备的性能。电波暗室提供矢量信息作为待测天线方向的函数，因此可以在完全符合CTIA OTA测试要求的不同设定条件下确定天线图案。电波暗室还能精确地再现空间信道模型(如SCME信道模型)，这对MIMO传输以及MIMO OTA测试来说是都很重要。这也是CTIA为何推荐使用电波暗室进行MIMO OTA测试的原因。

混波室是一种高度反射性的环境，房间内充满了由多径信号产生的驻波，这些驻波再经机械性混合使待测设备暴露在高度变化的传播环境下。多个样本可以帮助测试工程师表征待测设备在这种反射环境下的统计性响应性能。混波室符合CTIA建议要求，因此非常适合发射分集测试。它们还提供了一种简单快速的方法用于预先符合性OTA性能测试和设备性能的一阶评估。

电波暗室或混波室中的MIMO OTA测试可以帮助测试公司、制造商和移动运营商验证安装有多根天线的移动设备性能。为了确保最终用户真正拥有更高数据速率的真实移动宽带体验，MIMO OTA测试非常重要。