射頻測試的趨勢

頻譜趨勢

無線通信的市場需求持續(xù)加速，同時伴隨著向數(shù)據(jù)應(yīng)用的轉(zhuǎn)移，比如短信息、網(wǎng)絡(luò)瀏覽和GPS等應(yīng)用。這些應(yīng)用需要更高的數(shù)據(jù)傳輸率來實(shí)現(xiàn)更佳的用戶體驗(yàn)，這需要在有限的頻譜上采用新的傳輸方式。一些相當(dāng)有效率的調(diào)制方式和數(shù)字編碼算法得到了采用，與此對應(yīng)的是不斷提升的信號帶寬——從上世紀(jì)90 年代的300kHz 增長到了今天的40MHz。

通信技術(shù)的趨勢

也許日前無線通信技術(shù)最顯著的趨勢就是從單輸入單輸出（SISO）架構(gòu)到復(fù)雜的多輸入多輸出（MIMO）架構(gòu)的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)今的無線電設(shè)備多采用單發(fā)射機(jī)和單接收機(jī)的SISO架構(gòu)，信息在一個時間段采用單種數(shù)字符號在單一信道進(jìn)行傳輸。比如在目前的Wi-Fi系統(tǒng)中，在一個時間點(diǎn)只采用一個天線發(fā)射或接收一個射頻信號。采用此方式，天線經(jīng)常需要切換到最好的信號路徑，但每個天線在一個時間段只能接收一個頻段的一個數(shù)據(jù)流。從SISO到MIMO的轉(zhuǎn)移允許在多載波上同時傳輸上百種符號。MIMO采用多載波射頻信號來傳輸更多信息，并在同一頻段上傳輸所有信號，在占用相同帶寬的情況下大大改善了頻譜效率。這一改變是由消費(fèi)者對移動電話服務(wù)不斷增加的需求和數(shù)字信號處理器（DSP）價格的不斷下降所驅(qū)動的，結(jié)果是帶來了高帶寬的無線通信系統(tǒng)。MIMO技術(shù)目前可以在廣泛的商用無線通信設(shè)備上得以采用，比如移動電話、PDA和筆記本電腦。直接結(jié)果是為那些消費(fèi)設(shè)備帶來更高的數(shù)據(jù)傳輸率。

測試的趨勢和挑戰(zhàn)

MIMO采用多信號傳輸和接收將頻譜效率帶到了一個新的水平，然而，更高的頻譜效率意味著更復(fù)雜的系統(tǒng)。比如說WiMAX系統(tǒng)，采用了正交頻分復(fù)用（OFDM）來實(shí)現(xiàn)多種符號的并行傳輸。從SISO到MIMO的轉(zhuǎn)變讓測試工程師面臨許多值得注意的新挑戰(zhàn)。復(fù)雜的MIMO 和OFDM帶來的第一個挑戰(zhàn)是測試儀器可以支持的空間流（spatial streams）的數(shù)量。比如說，WLAN和LTE都支持四路空間流，而目前的WiMAX 使用Matr ix A 和Matrix B兩路空間流。接收機(jī)測試的挑戰(zhàn)是將混合在一起的信號分解成多路的單獨(dú)信號或碼流。然而，最大的挑戰(zhàn)還是同步。傳輸多路信號需要在多個信道之間實(shí)現(xiàn)相位和采樣對準(zhǔn)（sampling alignment）的精確同步。這意味著信號分析儀和信號發(fā)生器必須進(jìn)行精確的同步，來實(shí)現(xiàn)精確的和可重復(fù)的測量。

在MIMO的發(fā)射機(jī)中RF載波的相位也需要得到控制。這允許天線波束調(diào)整到不同的方向。 通過將天線波束調(diào)整到兩個不同的方向，通信效率可以得到較大的提升。今天，多數(shù)儀器平臺都被設(shè)計為SISO應(yīng)用，不能方便的調(diào)節(jié)RF載波的相位。即使那些具備MIMO測試能力的儀器也需要說明RF載波必須處于穩(wěn)定（比如，RF 載波間具有低的抖動）并具有可調(diào)整的幅度。然而，對于下一代測試儀器來說，精確的相位控制是必須的。另一個測試儀器的挑戰(zhàn)是帶寬（BW），MIMO信號特別需要測試儀器具有寬的BW。比如說，WiMAX和LTE目前具備20MHz的BW要求，而WLAN802.11n需要40MHz的BW。

在今天的無線設(shè)備中越來越多樣的移動通信標(biāo)準(zhǔn)得到采用，或者制造商可能會采用不同的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)各種設(shè)備。因此，測試儀器需要適用多種主流的移動通信標(biāo)準(zhǔn)（如GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMAOne 和CDMA2000等）。測試儀器必須有能力對每個標(biāo)準(zhǔn)做出精確的測量，比如需要保證較小的誤差向量幅度即EVM（EVM在EDGE系統(tǒng)中相當(dāng)重要）。而因?yàn)樾碌囊苿油ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)被制造商采用，測試儀器也面臨更新的問題。理想來說，制造商希望能用最簡單和成本最低的方式（比如僅改變軟件）來更新測試儀器，以應(yīng)對新的移動通信和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)。

產(chǎn)業(yè)對于成本敏感的需求

如今的無線設(shè)備變得越來越復(fù)雜，競爭壓力日趨增大，利潤率被壓的很低。同時，測試越來越難，單位成本面臨增大的壓力。面對縮小的利潤，制造商想盡一切辦法來降低成本，這就包括降低測試儀器以及測試的成本。這不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，同樣體現(xiàn)在研發(fā)過程中，在這兩種環(huán)境下，對于更多功能、更高吞吐量和更簡單操作的測試設(shè)備需求越來越強(qiáng)烈。對于多空間流的WLAN、LTE和WiMAX系統(tǒng)的測試，首要目標(biāo)就是在不犧牲性能的前提下保持每信道流測試成本的降低。然而，測試儀器的成本，特別是在WiMAX系統(tǒng)中，往往會成倍的增加。比如，為了得到N輸入和M輸出，每個輸入-輸出需要一個獨(dú)立的發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)，或者說一個信號發(fā)生器和一個信號分析儀。更加先進(jìn)的測試儀器的設(shè)計考慮了以上所談到的這些因素。比如，吉時利（Keithley）公司的下一代MIMO 測試平臺讓增加對新信號標(biāo)準(zhǔn)和MIMO選項的測試更加簡單和便宜。該平臺包括吉時利公司的2920射頻矢量信號發(fā)生器、2820矢量信號分析儀、2895 MIMO同步單元和SignalMeister波形生成軟件。該平臺支持最大8 ×8 MIMO 系統(tǒng)測量，這種MIMO系統(tǒng)應(yīng)用在目前商用的8 02 . 1 1n Wi-F i、8 02 . 1 6 e 移動WiMAX Wave 2 和未來的4G 標(biāo)準(zhǔn)LTE（長期演進(jìn)）和UMB（超移動寬帶）上。

這些測試能力得益于目前產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，比如，基于DSP的軟件無線電（SDR）架構(gòu)的快速采用改變了測試需求。基于SDR的儀器可以生成或調(diào)制幾乎是任何信號（目前可以達(dá)到40MHz的調(diào)制帶寬），而只需要進(jìn)行軟件的更新。這讓測試儀器使用壽命大大增長，因?yàn)楦聹y試系統(tǒng)更加簡單。DSP技術(shù)還提供了突出的性能，包括極低EVM（典型值小于0.5%）的EDGE信號的生成。這實(shí)現(xiàn)了精確的、可重復(fù)的信號，降低了測量誤差。同樣的，基于DSP的信號分析儀可以在每個通道和每個符號基礎(chǔ)上測量低水平的EVM。

DSP 技術(shù)同樣提供了高的吞吐量，它允許快速調(diào)諧，可以在低于一毫秒時間內(nèi)在大部分頻段切換頻率。同樣的，不同幅度信號的建立時間也只需要幾個毫秒。一個DSP平臺配置了一個大量的相應(yīng)波型的存儲記錄，這讓用戶可以在存儲器中記錄大量的波型來實(shí)現(xiàn)立即調(diào)用。

通過將這些技術(shù)最有成本效益的結(jié)合在一起，下一代RF測試儀器讓設(shè)備制造商能夠持續(xù)降低總體測試成本。他們可以執(zhí)行更多更快的測試，縮短產(chǎn)品上市時間，同時保證產(chǎn)品能達(dá)到關(guān)鍵的性能參數(shù)要求。