隨著(zhù)5G等具有更高數據率的應用急劇增長(cháng)，無(wú)線(xiàn)系統要求更寬的帶寬和更廣的網(wǎng)絡(luò )覆蓋。多天線(xiàn)技術(shù)，如多入多出（MIMO）和波束成形，利用分集、復用和提高天線(xiàn)增益等方法，改善頻譜效率和信噪比（SNR），應對有限頻譜資源的壓力。

測試多天線(xiàn)系統需要一個(gè)測試方案，能夠提供多路信號且相互之間保持一個(gè)確定的相位關(guān)系。不同的策略來(lái)配置產(chǎn)生相位相干的信號，會(huì )導致不同的測量結果。

一、什么是相位相干？

圖1

如果兩個(gè)信號始終具有恒定的相對相位，則它們是相干的（如圖1-b）。當兩個(gè)信號出現時(shí)，相干信號將根據其相對相位而共生或共消。

在表征多通道組件（如相控陣天線(xiàn)）時(shí)，需要精 確控制各個(gè)通道之間的相位關(guān)系（如圖1-c）。對于數字調制信號，相位相干意味著(zhù)兩個(gè)基帶信號發(fā)生器之間時(shí)間同步，射頻載波之間相干擾（如圖1-d）。

類(lèi)似地，雷達脈沖需要脈沖突發(fā)的精 確定時(shí)，以模擬相應的空間延遲（如圖1-e）。

二、為什么相位相干很重要？

無(wú)線(xiàn)通信系統中的多天線(xiàn)技術(shù)可以增加信道容量，提高信道的可靠性。主要的多天線(xiàn)技術(shù)包括空間分集、空間復用和天線(xiàn)陣列。

空間分集

空間分集可以通過(guò)信道切換、信號加權、時(shí)間延遲或者發(fā)射分集來(lái)實(shí)現（如圖２）。

圖2

空間復用

空間復用采用了多入多出（MIMO）的傳輸技術(shù)，無(wú)需占用額外的帶寬，也不需要增加額外的發(fā)射功率，因此是提高信道和系統容量一種非常有效的手段（如圖３）。

圖3

天線(xiàn)陣列-波束成型

波束成型可以通過(guò)相干天線(xiàn)單元的信號相位的精 確調整，形成特定方向的信號波束，使信號的能量集中在發(fā)射/接收端所在的方向，從而改善頻譜利用效率，提高系統的容量（如圖４）。

圖4

三生成多路相位相干信號的策略及其利弊

為了模擬多通道的測試場(chǎng)景，各路測試信號之間的相位必須是相干且可控的。不同的實(shí)現策略所帶來(lái)的影響也是不同的。

1、獨立本振

實(shí)現多路信號之間相位相對穩定的zui簡(jiǎn)單的方法就是將其各自的10MHz頻率參考鎖定在一起，通過(guò)一個(gè)觸發(fā)信號和共同的10MHz時(shí)間基準，實(shí)現不同信號源之間的同步（如圖５）。

圖5

帶來(lái)的問(wèn)題就是相位漂移和相位噪聲（如圖6）。

圖6

兩臺信號源具有各自獨立的本振和鎖相環(huán)，這會(huì )導致相互之間的相位漂移。多數情況下，鎖相環(huán)可以鎖定環(huán)路帶寬內的相位漂移，但無(wú)法完全跟蹤更高 級的響應。

MIMO系統中，通道間緩慢的相位漂移不是什么大問(wèn)題，這種測試方式可以提供可接受的性能。

相位噪聲

頻率參考鎖定的信號源之間的相位噪聲是非相關(guān)的，從而對測試系統帶來(lái)相應的相位誤差。具有高穩時(shí)基，且相噪性能優(yōu)異的測試儀表會(huì )減小系統的相位漂移和相位誤差，適用于MIMO和空間分集的測試。精 確標定器件特性時(shí)，這種方法就不行了。需要采用共享同一本振的方式，才能得到更加**的結果。

2、共享同一本振

這個(gè)兩路相位相干的測試系統，利用上面一臺儀表的本振，分別提供給兩臺信號源使用，從而實(shí)現了兩臺信號源的完全相干。二者的相位誤差小于1度（如圖7、8）。

相移

即使采用了共享同一本振的方式，由于線(xiàn)纜長(cháng)度和轉接頭的影響，系統還是會(huì )產(chǎn)生不同通道之間的相位偏差和相移。

3、直接數字合成（DDS）

直接數字合成（DDS - Direct Digital Synthesizer）技術(shù)通過(guò)以數字形式生成時(shí)變信號，然后執行數模轉換來(lái)產(chǎn)生模擬波形。DDS架構提供了超低相噪和快速頻率切換速度，具有極高的頻率調諧分辨率。不同的DDS系統之間，通過(guò)同步復位使得彼此之間保持相位對齊（如圖9）。

圖9

測試多天線(xiàn)系統的各種策略之比較