多天线终端测试方法的演进、理论与实践

天线单元对，利用极化比是主要手段之一，从这个意义上说，用于MIMO OTA 的信道模型和测试方法应能控制信道的XPR，否则对于评估终端的性能将缺失重要的考量依据。Tommi 在参考文献[21] 中阐述了作为多探头MIMO OTA 测试方案，如何在测试区域中产生信道模型中需要的XPR。

2、MIMO OTA测试方法简介

2.1、MIMO OTA 各测试方案简介

在3GPP 37.977^[15] 当中，有许多备选的MIMO OTA 测试方案，这些备选方案可以归结为4 类，分别由不同的公司主导或支持，本小节简要介绍37.977 中提到的这些方案的构建方法，并引用了其中的部分图例（在2013 年11 月3GPP 的一次会议当中，由R&S 主导的分解法暂时未被列入37.977 正文）。

2.1.1、基于多探头（Multi-Probes）的测试方案

这种测试方法利用暗室（AC，Anechoic Chamber）消除电波的无用反射，基站模拟器（BaseStation Emulator）的信号通过信道仿真器（CE，Channel Emulator，有时也被称为衰落模拟器Fading Emulator）经历预定义的信道模型后，通过若干对准被测物（DUT，Device Under Test）中心的双极化天线（即多探头），经空间辐射传播到DUT，使之经历所需要的信道衰落，观察并记录其吞吐量表现。其中一个典型的实现方式如图4 所示。

图4、暗室中基于多探头的测试方案

目前，虽然有很多公司都生产、设计信道仿真器，但全球只有英国Anite 及美国Spirent 公司提供的信道仿真器可以支持本方法描述的MIMO OTA 测试，他们完成了信道模型的重建及暗室内通过多探头系统进行的空间域信息的重构，因此可以说，在这个方法当中，信道仿真器成为了整个测试系统的核心。而诸如法国SATIMO 及美国ETS-Lingen 公司则对整个测试系统提供了软件支持及系统集成服务——他们依靠在传统OTA 认证测试中建立的技术及系统经验，很早就预见并启动了MIMO OTA 的研发工作，但只有当信道仿真器在技术上取得突破之后，整个系统构建才变得清晰起来；同时，在各国也有一些支持该方案的本地系统集成商，如日本Microwave Factory，韩国MTG，国内HWA-TECH 等。系统集成商一般将完成暗室、多探头天线、功率放大器、射频线缆、射频开关及测控软件的设计与实施，与信道仿真器协同工作，此外，系统集成商还应当提供系统校准与最终系统的信道验证服务等。

多探头方案需要在整个球面（3D，3 维信道模型）或水平面（2D，2 维信道模型）建立多个探头以模拟各个方向（簇）的信号到达角及其角度扩展；如果要实现3D 信道模型，需模拟垂直方向上的信号到达角及其角度扩展，系统则更加复杂，同时每个双极化探头需要连接两个独立的信道仿真器物理通道，这意味着多探头系统的成本将显著高于其他方案，而实践证明其校准和测试复杂性也同样高于其他方案。在带来昂贵与复杂性的同时，多探头的优点也同样显而易见的，这种方法理论上能够完全可控地再现信道模型，其信道验证结果也证明了数学模型的预测，这个测试方法未来将可能升级发展成为真正的虚拟路程（VDT，Virtual Drive Test）：将终端经历的外场环境在实验室里可控地再现，不仅仅是认证测试的需要，同时是芯片、终端研发人员改善新技术、新算法的必由之路。

后文将主要讨论基于多探头的方法技术细节，并介绍广播电视规划院所开展的研究工作。

2.1.2、基于两步法（2-Stage）的测试方案

两步法最早由美国安捷伦（Agilent）公司的中国实验室提出，并一直不断坚持并完善着他们最初的设计理念。所谓两步法，意思是在第一步当中通过某种方法，获取到终端的天线方向图，在第二步当中将获取得到的天线方向图数据导入基带信道仿真器当中，然后对DUT 进行传导测试，以便考量其基带芯片及天线的整体性能，其典型实现如图5 所示。

图5、基于两步法的测试方案（美国安捷伦公司）

从理论上说，两步法与多探头方法是类似的，都是将DUT 置于模拟的几何信道模型当中，这些信道模型可以是来源于标准模型，也可以是自定义的，只不过多探头方法是通过构建物理暗室及多探头，用信道仿真器在实际空间中重现信道模型，而两步法则是将测得的天线方向图放进基带信道模拟器当中通过软件仿真的方法对DUT 施加衰落影响。

目前，全球只有美国Agilent 公司在主推这种测试方法，图4 暗室中基于多探头的测试方案并得到了美国高通公司的支持——在两步法中，通过芯片获取天线的方向图是至关重要的一步，因此该方法目前要求芯片必须提供这种测试模式。相比于多探头的方法，两步法的好处是不需要另外构建多探头系统，相对地降低了投资成本和测试时间成本。然而这种