多天线终端测试方法的演进、理论与实践

方法通常会受到的质疑是：测量一个被测件的性能结论，其一部分测试数据依赖于被测件本身内部芯片的报告，这意味着测试者必须额外对芯片进行置信度评估；另一方面，对于未来类似波束赋形（Beamforming）等通过实时改变天线方向图而改善终端性能的新技术，两步法目前暂时还无法支持。而现实的情况是，诸如Apple 公司2013 年新上市的无线网桥产品"Airport Time Capsule"，已经声明支持MIMO 中的波束赋形技术^[1]。

2.1.3、基于混响室(RC, Reverberation Chamber) 的测试方案

混响室的概念与暗室正好相反，后者尽量避免信号在传播到DUT 之前经历反射，而前者则通过各种方法使信号在混响室内部尽量多地经历反射之后再传达到终端，以便使DUT经历所谓的瑞利信道，目前至少有两个公司在3GPP 37.977中声称提供了自己的实现方案，见图6 及图7。

图6、基于混响室的测试方案（瑞典Bluetest 公司）

图7、基于混响室的测试方案（西班牙Emite 公司）

Bluetest 公司的奠基人是来自瑞典Chalmers 理工大学的Per-Simon Kildal 教授，他在天线设计的过程中，很早就开始尝试将混响室应用于天线性能测量。他们早期将RC 测量方法于传统单天线的设计，然后开始应用于MIMO 天线，并做了很多新的定义^[22][23]，最近几年当中Per-Simon 与他的博士生陈小明逐渐提出并完善了在混响室中进行有源多天线终端吞吐量测试的方法，即基于RC的MIMO OTA方案^[24]~[27]。类似的，西班牙Emite 公司的David Sanchez 领导的研究小组同样在天线设计的过程中使用RC 的方案进行MIMO 天线与终端的测试，并提出了他们的一些新的思路。在这几年国内的客户试用过程中，Bluetest 公司通过商业运营在产品适用性建立了不错的口碑。

无论对于无源单天线还是无源多天线，单独使用RC 进行天线测试一般是基于RC 自身和参考天线的效率，对于真实终端的有源测试，可以认为RC 营造了一种瑞利信道的条件，瑞利信道是在单天线终端时代就已提出的概念，而我们从MIMO 信道模型可以看到，宽带的MIMO 信道模型在时域、频域、空间域乃至极化域都有了解析，由单独RC 建立的内部瑞利信道既无法反映不同径的到达时延，也无法控制不同径的多普勒色散，更无法控制各径的到达角，只能给出最终信号幅度服从瑞利分布的一个统计模型。为了解决精确描述时延特性等问题，RC 曾经考虑使用加入吸波材料引入额外的时延，但这种方法可控制性比较差，而且由于吸波材料的引入将改变K 因子，会使得测量不确定度扩大^[27]。

在这种情况下，一个混响室与信道仿真器的升级方案——RC+CE——就被提出来，简单一点说，信号在进入混响室之前，通过信道仿真器加入时延与多普勒频移，用以弥补原单一RC方案的不足。这种方法虽然一定程度上解决了RC 在模拟信道模型中时延与多普勒时遇到的问题，但在引入信道仿真器的同时也弱化了原单一RC 在经济性上的优势，同时对于角度扩展、到达角等空间域的信息，由于混响室自身的固有条件限制，仍暂时无法描述。但正因不需描述空间信息，混响室方案的测试速度得以加快，且由于其测试过程中进行了统计平均，使得测试结果显得稳定，而与此同时混响室方案对MIMO 系统在空间相关性的验证能力，尤其是极化鉴别能力大幅下降，在美国摩托罗拉公司Istvan 做的一个实验中RC 被证明完全无法鉴别终端的极化性能^[28]。

2.1.4、基于分解法的测试方案

由德国R&S 倡导的分解法MIMO OTA 方案，其思想来源于德国RheinMain 大学的W. L. Schroeder 教授及其博士生冯一飞^[29]。其示意图见图8。

图8、基于分解法的测试方案（德国R&S 公司）

分解法曾经被称为两通道法，意即在测试过程中，有两个发射天线将基站模拟器的信号发送给DUT，DUT 在水平面旋转，而两个探头在垂直面上同时动作，他们首先遇到的一个问题在于DUT 测试位置（角度）与发射天线位置的选择。

此外，R&S 的工程师声称此方法区别于多探头全环法，在于"分解法是一种3D 的测试方法，而多探头全环只做水平面2D 测试"，然而实际上，首先他们曲解了3D 信道模型的概念，另一方面，即使是分解法，在同一时刻，两个发射天线与DUT实际上是在同一个平面之上。

在3GPP RAN4 的2013 年11 月一次会议当中，该方法未被列入正文。

2.2、多探头方案国际研究动态与演进

从测试方法的角度上，对于基于信道仿真器与暗室、多探头的方案，来自各国的研究者各自独立地上做过大量的研究：芬兰Pekka Kyösti 在参考文献[8] 中详细阐述了多探头方案的原理，其中包含两个信号合成方法：平面波合成（WFS, Wav