引言

無線通信的市場需求不斷增長，同時，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數(shù)據(jù)符號。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査俾?。但是，隨著符號速率提高，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)制需要在移動設(shè)備中采用更高級的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)備采用的是一個發(fā)射器對應(yīng)一個接收器的SISO結(jié)構(gòu)，只能在一個數(shù)據(jù)通道上傳輸信息。例如，在一般的WiFi配置中，任意時刻只使用一套無線裝置和一個天線。天線不斷切換搜尋最佳的信號通路，每次只有一路數(shù)據(jù)流和一個數(shù)據(jù)通道。

這種每次只能發(fā)送一個數(shù)字符號的單載波技術(shù)正逐漸轉(zhuǎn)向可同時發(fā)送幾百個符號的新方法。這一轉(zhuǎn)變歸因于消費(fèi)者對更多類型移動服務(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)備的成本很快將會增大，對于MIMO系統(tǒng)的測試尤其如此。

另外一個挑戰(zhàn)來源于帶寬。MIMO信號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傳輸多路數(shù)據(jù)流。這些并行數(shù)據(jù)流通過在每個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)動態(tài)無線市場快速變化的測試需求，很容易進(jìn)行升級，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即可產(chǎn)生或解調(diào)調(diào)制帶寬高達(dá)40MHz的任意信號，這對于目前的很多無線設(shè)備以及4G LTE和UWB（超移動寬帶）等未來的新信號標(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，有助于最大限度地減少測量誤差。同樣，基于DSP的矢量信號分析儀能夠測量基于單通道和單符號的低級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間小于1ms。同樣，改變信號幅值后的穩(wěn)定時間也在幾個毫秒之內(nèi)。DSP平臺通常還要輔以容量相對較大的波形存儲器。這使得用戶能夠同時在存儲器內(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，多路信號的發(fā)送和接收也增大了系統(tǒng)復(fù)雜性。例如，發(fā)送多路信號需要高精度的同步和接收。此外，其中最大的一個測試挑戰(zhàn)在于同步。發(fā)送多路信號需要多個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)在于將混合信號分解成兩路單獨(dú)的信號或者數(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，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，將會快速翻倍。

吉時利始終致力于研發(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，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。

吉時利下一代MIMO測試平臺在新增對新信號標(biāo)準(zhǔn)和MIMO配置的支持上非常簡潔，成本較低。該平臺包含吉時利的2920型射頻矢量信號發(fā)生器、2820型矢量信號分析儀、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）。

吉時利的下一代射頻測試平臺采用了業(yè)界最新的創(chuàng)新技術(shù)?；贒SP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，實(shí)際上能夠產(chǎn)生和分析所有的信號，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，縮短上市時間。