迎接無線通信測試的挑戰(zhàn)

引言

無線通信的市場需求不斷增長，同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，例如網(wǎng)頁瀏覽和視頻播放。消費(fèi)者總是希望能夠擁有更高的無線通信帶寬，而服務(wù)提供商則希望銷售除語音之外的高附加值數(shù)據(jù)服務(wù)。為了支持這些新的消費(fèi)需求，支撐語音和數(shù)據(jù)服務(wù)的底層技術(shù)不斷發(fā)展，這些應(yīng)用需要較高的傳輸速率，這為人們使用有限的頻譜提出了新的方式。

在有限頻譜容量下，數(shù)字無線技術(shù)得到了快速發(fā)展以應(yīng)對這些市場需求。隨著信號(hào)帶寬的提高，人們開始使用更加高效的調(diào)制類型和數(shù)字編碼方式，并采用新的傳輸方法，如MIMO（多入多出）技術(shù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率。這些方法具有更高的測試復(fù)雜性，對測試工程人員提出了巨大挑戰(zhàn)。本文將重點(diǎn)論述射頻測試的需求和相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

射頻測試的挑戰(zhàn)

無線通信領(lǐng)域最明顯的發(fā)展趨勢可能是從單載波調(diào)制向OFDM（正交頻域調(diào)制）技術(shù)的轉(zhuǎn)換，以及從簡單的SISO（單入單出）結(jié)構(gòu)向復(fù)雜的MIMO結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。單載波調(diào)制方式在一路頻率載波上每次只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)。為了提高這類調(diào)制方式的數(shù)據(jù)速率，人們提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?hào)速率。但是，隨著符號(hào)速率提高，諸如多路徑衰減之類的問題凸顯出來，尤其是在高移動(dòng)性的應(yīng)用中。OFDM調(diào)制技術(shù)采用多路載波，在所有載波上并行傳輸數(shù)據(jù)。這種方式允許每路載波上具有較低的符號(hào)速率，減少了諸如多路徑衰減之類問題的不利影響。

OFDM調(diào)制需要在移動(dòng)設(shè)備中采用更高級(jí)的DSP技術(shù)。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，目前我們可以比較合理的成本和功耗在移動(dòng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)這種層次的性能。OFDM調(diào)制技術(shù)已經(jīng)在WiFi、WiMAX領(lǐng)域得以應(yīng)用，并將在即將推出的LTE（長期演進(jìn)）標(biāo)準(zhǔn)中用于移動(dòng)電話的通信。

無線通信設(shè)備的制造商在射頻測試領(lǐng)域面臨著諸多挑戰(zhàn)。其中最主要的挑戰(zhàn)就是從簡單的SISO結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向復(fù)雜的MIMO結(jié)構(gòu)。目前的無線通信設(shè)備采用的是一個(gè)發(fā)射器對應(yīng)一個(gè)接收器的SISO結(jié)構(gòu)，只能在一個(gè)數(shù)據(jù)通道上傳輸信息。例如，在一般的WiFi配置中，任意時(shí)刻只使用一套無線裝置和一個(gè)天線。天線不斷切換搜尋最佳的信號(hào)通路，每次只有一路數(shù)據(jù)流和一個(gè)數(shù)據(jù)通道。

這種每次只能發(fā)送一個(gè)數(shù)字符號(hào)的單載波技術(shù)正逐漸轉(zhuǎn)向可同時(shí)發(fā)送幾百個(gè)符號(hào)的新方法。這一轉(zhuǎn)變歸因于消費(fèi)者對更多類型移動(dòng)服務(wù)的需求，以及實(shí)現(xiàn)高帶寬寬帶無線系統(tǒng)所需的DSP技術(shù)成本的降低。

MIMO技術(shù)大大提高了頻譜效率，但是隨著頻譜效率的提高，系統(tǒng)的復(fù)雜性也隨之增大。MIMO技術(shù)采用多路無線載波傳輸更多的信息，通過在占用相同帶寬的同一信道上傳輸所有信號(hào)的方式提高頻譜效率。目前這一技術(shù)可應(yīng)用于多種商用通信設(shè)備中，如手機(jī)、PDA和筆記本電腦等。

MIMO的測試面臨多個(gè)重要挑戰(zhàn)。其中之一是能夠支持的空間碼流數(shù)量。例如，無線LAN（WLAN）和長期演進(jìn)（LTE）都支持四路碼流的配置結(jié)構(gòu)，目前采用矩陣A和B配置的WiMAX技術(shù)支持兩路碼流。另外一個(gè)挑戰(zhàn)是如何在不犧牲性能的情況下降低每路碼流的測試成本。測試設(shè)備的成本很快將會(huì)增大，對于MIMO系統(tǒng)的測試尤其如此。

另外一個(gè)挑戰(zhàn)來源于帶寬。MIMO信號(hào)的測試尤其需要具有較寬帶寬的測試儀器。例如，WiMAX和LTE目前有20MHz的帶寬需求，WLAN、802.11n有40MHz的帶寬。測試儀必須能夠執(zhí)行這些測量操作，同時(shí)保持出色的EVM性能。

從SISO轉(zhuǎn)向MIMO架構(gòu)之后，我們就能夠使用同樣的頻譜同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)流。這些并行數(shù)據(jù)流通過在每個(gè)天線上傳輸不同的數(shù)據(jù)來提高數(shù)據(jù)傳輸量，或者在所有天線上傳輸相同的數(shù)據(jù)來提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。

改進(jìn)測試設(shè)備應(yīng)對射頻測試的挑戰(zhàn)

隨著無線設(shè)備變得越來越復(fù)雜，競爭的壓力不斷增大，利潤空間面臨著縮小的壓力。測試過程更加困難，設(shè)備成本也面臨著上漲的壓力。面對日益縮小的利潤率，制造商希望盡可能地降低成本，包括測試設(shè)備以及測試工作的成本。無論是生產(chǎn)車間還是研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，都更加需要功能更強(qiáng)、產(chǎn)能更高、易用性更好的高性價(jià)比測試設(shè)備。

下一代測試設(shè)備將采用大量獨(dú)特的工業(yè)創(chuàng)新技術(shù)。如基于DSP的軟件無線電（SDR）架構(gòu)，能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)無線市場快速變化的測試需求，很容易進(jìn)行升級(jí)，從而延長了儀器的使用壽命?；赟DR的測試儀通過簡單的軟件升級(jí)即可產(chǎn)生或解調(diào)調(diào)制帶寬高達(dá)40MHz的任意信號(hào)，這對于目前的很多無線設(shè)備以及4G LTE和UWB（超移動(dòng)寬帶）等未來的新信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)都是至關(guān)重要的。

DSP技術(shù)具有出色的性能，為我們提供了精確、可重復(fù)的信號(hào)，有助于最大限度地減少測量誤差。同樣，基于DSP的矢量信號(hào)分析儀能夠測量基于單通道和單符號(hào)的低級(jí)EVM。

采用DSP技術(shù)有利于提高測試產(chǎn)能。它支持速度更快的調(diào)諧，對于大部分頻率跳變的頻率切換時(shí)間小于1ms。同樣，改變信號(hào)幅值后的穩(wěn)定時(shí)間也在幾個(gè)毫秒之內(nèi)。DSP平臺(tái)通常還要輔以容量相對較大的波形存儲(chǔ)器。這使得用戶能夠同時(shí)在存儲(chǔ)器內(nèi)保存很多波形，實(shí)現(xiàn)快速回調(diào)。

在增大數(shù)據(jù)帶寬的同時(shí)，多路信號(hào)的發(fā)送和接收也增大了系統(tǒng)復(fù)雜性。例如，發(fā)送多路信號(hào)需要高精度的同步和接收。此外，其中最大的一個(gè)測試挑戰(zhàn)在于同步。發(fā)送多路信號(hào)需要多個(gè)通道在相位和采樣對準(zhǔn)上進(jìn)行精確的同步。這意味著信號(hào)分析儀和發(fā)生器必須能夠精確對準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)精確、可重復(fù)的測量。

多路信號(hào)發(fā)射和接收還增加了另外一層復(fù)雜性。根據(jù)射頻系統(tǒng)的配置，無論是Matrix A或B，使用與單載波相同的帶寬能夠提高覆蓋率或者數(shù)據(jù)發(fā)送吞吐率。接收端的挑戰(zhàn)在于將混合信號(hào)分解成兩路單獨(dú)的信號(hào)或者數(shù)據(jù)流。

目前的MIMO測試儀器僅僅要求射頻載波穩(wěn)定（即射頻載波之間的抖動(dòng)要低）以及幅值可調(diào)。第二代MIMO測試系統(tǒng)要求射頻載波相位精確可控。這是因?yàn)楦淖兩漕l載波的相位到不同的天線將會(huì)改變最終的天線碼型?？刂粕漕l載波的相位可以將天線波束賦形到不同的位置。通過將天線波束賦形到二維平面內(nèi)的各個(gè)用戶上，就進(jìn)一步提高了通信效率。目前，大多數(shù)儀器平臺(tái)都是針對SISO應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，無法輕易控制射頻載波的相位。 [!--empirenews.page--]

測試設(shè)備的另外一個(gè)挑戰(zhàn)是帶寬。WiMAX和LTE目前有20MHz的帶寬需求，WLAN、802.11n有40MHz的帶寬需求。這意味著測試設(shè)備要有處理寬帶寬的靈活性，最好不需要制造商再購買額外的儀器設(shè)備。

很多無線設(shè)備中也將逐步使用多種標(biāo)準(zhǔn)，或者制造商可能生產(chǎn)使用不同標(biāo)準(zhǔn)的多種設(shè)備。因此，測試設(shè)備需要兼容所有的主流格式（如GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、cdmaOne和cdma2000）。儀器必須能夠支持所有這些格式所需的測量并測量準(zhǔn)確，例如，要使EVM盡量小。當(dāng)某制造商接受新的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就帶來了測試設(shè)備移植的問題。理想情況下，針對新的蜂窩和調(diào)制格式升級(jí)測試設(shè)備應(yīng)該十分容易和劃算，可能只需要改變軟件。

對于WLAN、LTE和WiMAX中的多路空間碼流，我們的主要目標(biāo)是在不犧牲性能的情況下保持較低的每路碼流成本。但是，測試設(shè)備的成本，尤其是MIMO系統(tǒng)的測試成本，將會(huì)快速翻倍。

吉時(shí)利始終致力于研發(fā)能夠應(yīng)對射頻測試挑戰(zhàn)問題并簡化工程技術(shù)人員和設(shè)計(jì)者測試工作的最新測試解決方案。公司正采用新的技術(shù)，如SDR，構(gòu)建敏捷、強(qiáng)大而先進(jìn)的測試平臺(tái)，不僅能夠很好地勝任當(dāng)前的測試需求，而且很容易滿足未來的測試需求。

吉時(shí)利下一代MIMO測試平臺(tái)在新增對新信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)和MIMO配置的支持上非常簡潔，成本較低。該平臺(tái)包含吉時(shí)利的2920型射頻矢量信號(hào)發(fā)生器、2820型矢量信號(hào)分析儀、2895型MIMO同步單元，以及SignalMeister射頻通信工具包軟件。該系統(tǒng)最高能夠支持8×8規(guī)模的MIMO測量，目前正逐漸應(yīng)用于商用無線標(biāo)準(zhǔn)（如802.11n WiFi、802.16e Mobile WiMAX Wave 2）和未來的新標(biāo)準(zhǔn)（如3GPP第8版LTE和UMB）。

吉時(shí)利的下一代射頻測試平臺(tái)采用了業(yè)界最新的創(chuàng)新技術(shù)。基于DSP的SDR架構(gòu)，能夠快速適應(yīng)測試需求的變化?；赟DR的儀器通過簡單的軟件升級(jí)，實(shí)際上能夠產(chǎn)生和分析所有的信號(hào)，有助于降低生產(chǎn)環(huán)境下以及研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的測試成本。
結(jié)束語

最新的無線通信技術(shù)更加復(fù)雜，因此需要不同類型的測試技術(shù)和設(shè)備。以最經(jīng)濟(jì)劃算的方式將這些技術(shù)融合起來將使得下一代射頻測試設(shè)備能夠幫助設(shè)備廠商降低他們的總測試成本，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的測試，加快測試速度，縮短上市時(shí)間。