迎接无线通信测试的挑战

引言

无线通信的市场需求不断增长，同时，其应用领域也逐渐转向数据密集型应用，例如网页浏览和视频播放。消费者总是希望能够拥有更高的无线通信带宽，而服务提供商则希望销售除语音之外的高附加值数据服务。为了支持这些新的消费需求，支撑语音和数据服务的底层技术不断发展，这些应用需要较高的传输速率，这为人们使用有限的频谱提出了新的方式。

在有限频谱容量下，数字无线技术得到了快速发展以应对这些市场需求。随着信号带宽的提高，人们开始使用更加高效的调制类型和数字编码方式，并采用新的传输方法，如MIMO（多入多出）技术，进一步提高数据速率。这些方法具有更高的测试复杂性，对测试工程人员提出了巨大挑战。本文将重点论述射频测试的需求和相应的挑战。

射频测试的挑战

无线通信领域最明显的发展趋势可能是从单载波调制向OFDM（正交频域调制）技术的转换，以及从简单的SISO（单入单出）结构向复杂的MIMO结构的转换。单载波调制方式在一路频率载波上每次只能传输一个数据符号。为了提高这类调制方式的数据速率，人们提高了数据传输的符号速率。但是，随着符号速率提高，诸如多路径衰减之类的问题凸显出来，尤其是在高移动性的应用中。OFDM调制技术采用多路载波，在所有载波上并行传输数据。这种方式允许每路载波上具有较低的符号速率，减少了诸如多路径衰减之类问题的不利影响。

OFDM调制需要在移动设备中采用更高级的DSP技术。随着DSP技术的发展，目前我们可以比较合理的成本和功耗在移动设备中实现这种层次的性能。OFDM调制技术已经在WiFi、WiMAX领域得以应用，并将在即将推出的LTE（长期演进）标准中用于移动电话的通信。

无线通信设备的制造商在射频测试领域面临着诸多挑战。其中最主要的挑战就是从简单的SISO结构转向复杂的MIMO结构。目前的无线通信设备采用的是一个发射器对应一个接收器的SISO结构，只能在一个数据通道上传输信息。例如，在一般的WiFi配置中，任意时刻只使用一套无线装置和一个天线。天线不断切换搜寻最佳的信号通路，每次只有一路数据流和一个数据通道。

这种每次只能发送一个数字符号的单载波技术正逐渐转向可同时发送几百个符号的新方法。这一转变归因于消费者对更多类型移动服务的需求，以及实现高带宽宽带无线系统所需的DSP技术成本的降低。

MIMO技术大大提高了频谱效率，但是随着频谱效率的提高，系统的复杂性也随之增大。MIMO技术采用多路无线载波传输更多的信息，通过在占用相同带宽的同一信道上传输所有信号的方式提高频谱效率。目前这一技术可应用于多种商用通信设备中，如手机、PDA和笔记本电脑等。

MIMO的测试面临多个重要挑战。其中之一是能够支持的空间码流数量。例如，无线LAN（WLAN）和长期演进（LTE）都支持四路码流的配置结构，目前采用矩阵A和B配置的WiMAX技术支持两路码流。另外一个挑战是如何在不牺牲性能的情况下降低每路码流的测试成本。测试设备的成本很快将会增大，对于MIMO系统的测试尤其如此。

另外一个挑战来源于带宽。MIMO信号的测试尤其需要具有较宽带宽的测试仪器。例如，WiMAX和LTE目前有20MHz的带宽需求，WLAN、802.11n有40MHz的带宽。测试仪必须能够执行这些测量操作，同时保持出色的EVM性能。

从SISO转向MIMO架构之后，我们就能够使用同样的频谱同时传输多路数据流。这些并行数据流通过在每个天线上传输不同的数据来提高数据传输量，或者在所有天线上传输相同的数据来提高网络覆盖率。

改进测试设备应对射频测试的挑战

随着无线设备变得越来越复杂，竞争的压力不断增大，利润空间面临着缩小的压力。测试过程更加困难，设备成本也面临着上涨的压力。面对日益缩小的利润率，制造商希望尽可能地降低成本，包括测试设备以及测试工作的成本。无论是生产车间还是研发实验室，都更加需要功能更强、产能更高、易用性更好的高性价比测试设备。

下一代测试设备将采用大量独特的工业创新技术。如基于DSP的软件无线电（SDR）架构，能够适应动态无线市场快速变化的测试需求，很容易进行升级，从而延长了仪器的使用寿命。基于SDR的测试仪通过简单的软件升级即可产生或解调调制带宽高达40MHz的任意信号，这对于目前的很多无线设备以及4G LTE和UWB（超移动宽带）等未来的新信号标准都是至关重要的。

DSP技术具有出色的性能，为我们提供了精确、可重复的信号，有助于最大限度地减少测量误差。同样，基于DSP的矢量信号分析仪能够测量基于单通道和单符号的低级EVM。

采用DSP技术有利于提高测试产能。它支持速度更快的调谐，对于大部分频率跳变的频率切换时间小于1ms。同样，改变信号幅值后的稳定时间也在几个毫秒之内。DSP平台通常还要辅以容量相对较大的波形存储器。这使得用户能够同时在存储器内保存很多波形，实现快速回调。

在增大数据带宽的同时，多路信号的发送和接收也增大了系统复杂性。例如，发送多路信号需要高精度的同步和接收。此外，其中最大的一个测试挑战在于同步。发送多路信号需要多个通道在相位和采样对准上进行精确的同步。这意味着信号分析仪和发生器必须能够精确对准，以实现精确、可重复的测量。

多路信号发射和接收还增加了另外一层复杂性。根据射频系统的配置，无论是Matrix A或B，使用与单载波相同的带宽能够提高覆盖率或者数据发送吞吐率。接收端的挑战在于将混合信号分解成两路单独的信号或者数据流。

目前的MIMO测试仪器仅仅要求射频载波稳定（即射频载波之间的抖动要低）以及幅值可调。第二代MIMO测试系统要求射频载波相位精确可控。这是因为改变射频载波的相位到不同的天线将会改变最终的天线码型。控制射频载波的相位可以将天线波束赋形到不同的位置。通过将天线波束赋形到二维平面内的各个用户上，就进一步提高了通信效率。目前，大多数仪器平台都是针对SISO应用而设计的，无法轻易控制射频载波的相位。 [!--empirenews.page--]

测试设备的另外一个挑战是带宽。WiMAX和LTE目前有20MHz的带宽需求，WLAN、802.11n有40MHz的带宽需求。这意味着测试设备要有处理宽带宽的灵活性，最好不需要制造商再购买额外的仪器设备。

很多无线设备中也将逐步使用多种标准，或者制造商可能生产使用不同标准的多种设备。因此，测试设备需要兼容所有的主流格式（如GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、cdmaOne和cdma2000）。仪器必须能够支持所有这些格式所需的测量并测量准确，例如，要使EVM尽量小。当某制造商接受新的标准时，就带来了测试设备移植的问题。理想情况下，针对新的蜂窝和调制格式升级测试设备应该十分容易和划算，可能只需要改变软件。

对于WLAN、LTE和WiMAX中的多路空间码流，我们的主要目标是在不牺牲性能的情况下保持较低的每路码流成本。但是，测试设备的成本，尤其是MIMO系统的测试成本，将会快速翻倍。

吉时利始终致力于研发能够应对射频测试挑战问题并简化工程技术人员和设计者测试工作的最新测试解决方案。公司正采用新的技术，如SDR，构建敏捷、强大而先进的测试平台，不仅能够很好地胜任当前的测试需求，而且很容易满足未来的测试需求。

吉时利下一代MIMO测试平台在新增对新信号标准和MIMO配置的支持上非常简洁，成本较低。该平台包含吉时利的2920型射频矢量信号发生器、2820型矢量信号分析仪、2895型MIMO同步单元，以及SignalMeister射频通信工具包软件。该系统最高能够支持8×8规模的MIMO测量，目前正逐渐应用于商用无线标准（如802.11n WiFi、802.16e Mobile WiMAX Wave 2）和未来的新标准（如3GPP第8版LTE和UMB）。

吉时利的下一代射频测试平台采用了业界最新的创新技术。基于DSP的SDR架构，能够快速适应测试需求的变化。基于SDR的仪器通过简单的软件升级，实际上能够产生和分析所有的信号，有助于降低生产环境下以及研发实验室的测试成本。
结束语

最新的无线通信技术更加复杂，因此需要不同类型的测试技术和设备。以最经济划算的方式将这些技术融合起来将使得下一代射频测试设备能够帮助设备厂商降低他们的总测试成本，能够实现更多的测试，加快测试速度，缩短上市时间。