隨著 5G 等具有更高數據率的應用急劇增長，無線系統面臨更寬的帶寬和更廣的網絡覆蓋的要求。多天線技術，如多入多出（MIMO）和波束成形，利用分集、復用和提高天線增益等方法，改善頻譜效率和信噪比（SNR），應對有限頻譜資源的壓力。

測試多天線系統需要一個測試方案，能夠提供多路信號且相互之間保持一個確定的相位關系。不同的策略來配置產生相位相干的信號，會導致不同的測量結果。

什么是相位相干？

如果兩個信號始終具有恒定的相對相位，則它們是相干的（如圖 b）。當兩個信號出現時，相干信號將根據其相對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，需要精確控制各個通道之間的相位關系（圖 c）。對于數字調制信號，相位相干意味著兩個基帶信號發生器之間時間同步，射頻載波之間相干（見圖 d）。

類似地，雷達脈沖需要脈沖突發的精確定時，以模擬相應的空間延遲（見圖 e）。

為什么相位相干很重要？

無線通信系統中的多天線技術可以增加信道容量，提高信道的可靠性。主要的多天線技 術包括空間分集、空間復用和天線陣列。

空間分集空間分集可以通過信道切換、信號加權、時間延遲或者發射分集來實現

空間復用空間復用采用了多入多出（MIMO）的傳輸技術，無需占用額外的帶寬，也不需要增加額外的發射功率，因此是提高信道和系統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相干天線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。

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。不同的實現策略所帶來影響也是不同的。

獨立本振

實現多路信號之間相位相對穩定的最簡單的方法就是將其各自的 10MHz 頻率參考鎖定在一起，通過一個觸發信號和共同的 10MHz 時間基準，實現不同信號源之間的同步。

帶來的問題就是相位漂移和相位噪聲。

兩臺信號源具有各自獨立的本振、鎖相環，這會導致相互之間的相位漂移。多數情況下，鎖相環可以鎖定環路帶寬內的相位漂移，但無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的，從而對測試系統帶來相應的相位誤差。具有高穩時基，且相噪性能優異的測試儀表會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，這種方法就不行了。需要采用共享同一本振的方式，才能得到更加精準的結果。

共享同一本振

這個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，從而實現了兩臺信號源的完全相干。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，由于線纜長度和轉接頭的影響，系統還是會產生不同通道之間的相位偏差和相移。

直接數字合成（DDS）

直接數字合成（Direct Digital Synthesizer）技術通過以數字形式生成時變信號，然后執行數模轉換來產生模擬波形。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，通過同步復位使得彼此之間保持相位對齊。

是德科技新一代雙通道微波矢量信號發生器 VXG（M9383B/M9384B）就是采用了 DDS 技術，提供了兩路相干信號通道，無需觸控任何硬件，即可以<10ps 的精度保持通道間的時間對齊。

測試多天線系統的各種策略之比較