隨著新用戶和服務的數(shù)量不斷擴大，對無線通信的需求也在不斷增加。此外，無線通信流量正在從主要是語音遷移到主要是數(shù)據(jù)，需要更快的數(shù)據(jù)速率。

由于頻譜有限，數(shù)字無線技術(shù)在過去的二十年中發(fā)展迅速，以滿足這些市場需求。隨著信號帶寬從 1990 年代初期的 300 kHz 增加到今天的 40 MHz，正在使用更高效的調(diào)制類型和數(shù)字編碼方案。正在部署新的傳輸方法，例如 MIMO，以進一步提高數(shù)據(jù)速率。下一代射頻測試設備增加了更多的復雜性，從而給測試工程師帶來了困難。

MIMO 測試設備的復雜性

MIMO 是一種不斷發(fā)展的射頻技術(shù)，它使用多個無線電來傳輸和接收數(shù)據(jù)。在無線通信設備中，它可以在不需要額外帶寬的情況下提高數(shù)據(jù)吞吐率或提高傳輸質(zhì)量。

在典型的 MIMO 方法中，四個獨立的正交頻分復用 （OFDM） 載波相互疊放，如圖 1 所示。這種 MIMO 技術(shù)允許在與單個載波相同的帶寬內(nèi)傳輸高達 3.5 倍的信息。

圖1

測試 MIMO 提出了幾個關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括可以支持的空間流的數(shù)量。例如，無線局域網(wǎng) （WLAN） 和長期演進 （LTE） 都支持四流配置，而當前具有矩陣 A 和 B 配置的 WiMAX 技術(shù)支持兩個流。另一個問題是在不犧牲性能的情況下降低每個流的成本。測試設備的成本，尤其是 MIMO 系統(tǒng)，會迅速增加。例如，要獲得 N 個輸入和 M 個輸出，每個 I/O 需要一個單獨的發(fā)射器和接收器或源和分析器。

帶寬帶來了另一個問題。MIMO 信號尤其需要具有寬帶寬的測試儀器。例如，WiMAX 和 LTE 當前的帶寬要求為 20 MHz，而 802.11n WLAN 的帶寬要求為 40 MHz。儀器必須能夠執(zhí)行這些測量，同時保持出色的誤差矢量幅度 （EVM） 性能。

高靈敏度是另一個關(guān)鍵參數(shù)。本底噪聲影響調(diào)制精度，測量為 EVM。較高的噪聲會增加 EVM，降低通信質(zhì)量。對于寬信號帶寬，信號發(fā)生器和信號分析儀的低噪聲非常重要。低成本儀器的噪聲性能比其更昂貴的同類儀器差，這直接影響測量精度。這反過來又會削弱產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，從而影響產(chǎn)品成本和競爭力。

MIMO 依賴于信道失真。沒有它，MIMO 作為一種傳輸技術(shù)就變得多余了。了解設備在不同通道條件下的性能并通過通道響應或矩陣條件等測量來計算這些條件是重要的功能。以無線局域網(wǎng)為例。標頭以已知的符號模式傳輸。接收器使用這個已知信號來揭示信道失真的樣子，然后確定實際接收到的數(shù)據(jù)符號。

測量寬帶寬 OFDM 信號，即信道響應，即整個信道的幅度和相位變化，是另一個挑戰(zhàn)。為了準確表征被測收發(fā)器單元，測試設備不僅必須具有寬帶寬，而且還必須具有平坦的響應以及低幅度和相位變化。

下一代射頻測試儀器創(chuàng)新

隨著下一代 MIMO 的出現(xiàn)，波束成形應用將變得更加普遍。第二代 MIMO 測試系統(tǒng)將要求精確控制射頻載波相位和幅度。這使發(fā)射器能夠產(chǎn)生不同的天線方向圖，從而允許將天線波束引導到不同的位置。將天線波束指向每個用戶可以提高通信效率。今天的大多數(shù)儀器平臺都是為單輸入/單輸出 （SISO） 應用而設計的，無法輕松控制射頻載波相位。

一些 MIMO 測試系統(tǒng)架構(gòu)僅支持平衡 MIMO 配置，例如 2x2、3x3 或 4x4。未來的儀器還必須支持非平衡 MIMO 配置，尤其是協(xié)作式 MIMO，例如 1x2、2x3 和 3x4 配置。隨著更高級的波束成形應用上線，可能需要 8x8 和 16x16 配置。

發(fā)射器和接收器之間的時間對齊也很關(guān)鍵。由于 MIMO 依賴于通道中的時間差異才能正常工作（多路徑），因此信號分析儀或信號源內(nèi)的時序失準會導致測試儀器的失真增加，從而降低測量精度。

下一代能力將依賴于幾個獨特的行業(yè)創(chuàng)新。例如，基于 DSP 的 SDR 架構(gòu)適應動態(tài)無線市場快速變化的測試要求，通過輕松升級儀器延長了儀器的使用壽命?；?SDR 的儀器幾乎可以生成或解調(diào)調(diào)制帶寬高達 40 MHz 的任何信號，這對于當今的許多設備和未來的新信號標準（例如 4G LTE）來說非常重要。

例如，Keithley 的 4x4 MIMO 射頻測試系統(tǒng)等新型射頻測試儀器使用基于 DSP 的 SDR 架構(gòu)。這些儀器具有精確穩(wěn)定的本地振蕩器鎖定系統(tǒng)，峰峰值載波相位抖動小于 1 度，使其成為波束成形應用的理想選擇。

然而，相位對齊并不是唯一的重要特征。對于非波束成形 MIMO 應用，時間對齊是必不可少的。對于大多數(shù)儀器架構(gòu)來說，在兩個以上的信號發(fā)生器或信號分析儀上保持高度同步（時間對齊）是很困難的，因為它們不是為 MIMO 應用而設計的。一些儀器僅限于兩個輸入和/或輸出。相比之下，Keithley 儀器可擴展至多達 8 個輸入和輸出，其精密采樣時鐘將儀器鎖定在彼此的納秒范圍內(nèi)。

超前思考一代

測試工程師將在他們的第一代 MIMO 測試系統(tǒng)上花費大量資金。為了減輕測試工程預算的負擔，測試和測量供應商需要提前考慮并設計適合新興和未來無線技術(shù)的射頻測試儀器。測試系統(tǒng)供應商正在通過使用最先進的射頻和高速 DSP SDR 技術(shù)的下一代儀器平臺來滿足這一需求，以降低測試成本并縮短上市時間。

審核編輯：郭婷