隨著 5G 等具有更高數(shù)據(jù)率的應(yīng)用急劇增長(zhǎng)，無(wú)線系統(tǒng)面臨更寬的帶寬和更廣的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求。多天線技術(shù)，如多入多出（MIMO）和波束成形，利用分集、復(fù)用和提高天線增益等方法，改善頻譜效率和信噪比（SNR），應(yīng)對(duì)有限頻譜資源的壓力。

測(cè)試多天線系統(tǒng)需要一個(gè)測(cè)試方案，能夠提供多路信號(hào)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(hào)，會(huì)導(dǎo)致不同的測(cè)量結(jié)果。

什么是相位相干？

如果兩個(gè)信號(hào)始終具有恒定的相對(duì)相位，則它們是相干的（如圖 b）。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，相干信號(hào)將根據(jù)其相對(duì)相位而共生或共消地組合。

在表征多通道組件（如相控陣天線）時(shí)，需要精確控制各個(gè)通道之間的相位關(guān)系（圖 c）。對(duì)于數(shù)字調(diào)制信號(hào)，相位相干意味著兩個(gè)基帶信號(hào)發(fā)生器之間時(shí)間同步，射頻載波之間相干（見(jiàn)圖 d）。

類(lèi)似地，雷達(dá)脈沖需要脈沖突發(fā)的精確定時(shí)，以模擬相應(yīng)的空間延遲（見(jiàn)圖 e）。

為什么相位相干很重要？

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

空間分集空間分集可以通過(guò)信道切換、信號(hào)加權(quán)、時(shí)間延遲或者發(fā)射分集來(lái)實(shí)現(xiàn)

空間復(fù)用空間復(fù)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(tǒng)容量一種非常有效的手段。

天線陣列-波束成型波束成型可以通過(guò)相干天線單元的信號(hào)相位的精確調(diào)整，形成特定方向的信號(hào)波束，使信號(hào)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(tǒng)的容量。

生成多路相位相干信號(hào)的策略及其利弊

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

獨(dú)立本振

實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)之間相位相對(duì)穩(wěn)定的最簡(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(hào)和共同的 10MHz 時(shí)間基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)源之間的同步。

帶來(lái)的問(wèn)題就是相位漂移和相位噪聲。

兩臺(tái)信號(hào)源具有各自獨(dú)立的本振、鎖相環(huán)，這會(huì)導(dǎo)致相互之間的相位漂移。多數(shù)情況下，鎖相環(huán)可以鎖定環(huán)路帶寬內(nèi)的相位漂移，但無(wú)法完全跟蹤更高級(jí)的響應(yīng)。

MIMO 系統(tǒng)中，通道間緩慢的相位漂移不是什么大問(wèn)題，這種測(cè)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(hào)源之間的相位噪聲是非相關(guān)的，從而對(duì)測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)相應(yīng)的相位誤差。具有高穩(wěn)時(shí)基，且相噪性能優(yōu)異的測(cè)試儀表會(huì)減小系統(tǒng)的相位漂移和相位誤差，適用于 MIMO 和空間分集的測(cè)試。精確標(biāo)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，才能得到更加精準(zhǔn)的結(jié)果。

共享同一本振

這個(gè)兩路相位相干的測(cè)試系統(tǒng)，利用上面一臺(tái)儀表的本振，分別提供給兩臺(tái)信號(hào)源使用，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)信號(hào)源的完全相干。二者的相位誤差小于 1 度。

相移

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

直接數(shù)字合成（DDS）

直接數(shù)字合成（Direct Digital Synthesizer）技術(shù)通過(guò)以數(shù)字形式生成時(shí)變信號(hào)，然后執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)產(chǎn)生模擬波形。DDS 架構(gòu)提供了超低相噪和快速頻率切換速度，具有極高的頻率調(diào)諧分辨率。不同的 DDS 系統(tǒng)之間，通過(guò)同步復(fù)位使得彼此之間保持相位對(duì)齊。

是德科技新一代雙通道微波矢量信號(hào)發(fā)生器 VXG（M9383B/M9384B）就是采用了 DDS 技術(shù)，提供了兩路相干信號(hào)通道，無(wú)需觸控任何硬件，即可以<10ps 的精度保持通道間的時(shí)間對(duì)齊。

測(cè)試多天線系統(tǒng)的各種策略之比較