MIMO的多變催生多種測(cè)試解決方案

多入多出(MIMO)天線系統(tǒng)的多樣性和持續(xù)發(fā)展特性迫使測(cè)試公司要努力走在行業(yè)要求的前面。根據(jù)完成測(cè)試的場(chǎng)所不同，從學(xué)術(shù)和行業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證和制造，或是從IC到基站到手機(jī)，具體要求都有相當(dāng)大的變化。研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證尖端性能的最新測(cè)試測(cè)量技術(shù)，以及針對(duì)美國(guó)和其它地區(qū)的高成本效益生產(chǎn)測(cè)試近來(lái)都在發(fā)生變化。

不同的MIMO種類

2012年MIMO領(lǐng)域發(fā)生了很多變化。作為智能天線技術(shù)的一部分，MIMO無(wú)需額外帶寬或提高發(fā)射功率就可以提供更高的數(shù)據(jù)速率和更好的頻譜效率(bits/second/Hz)。當(dāng)然，在發(fā)射(Tx)和接收(Rx)端使用多根天線并增加數(shù)據(jù)處理會(huì)提高系統(tǒng)復(fù)雜性以及相關(guān)的測(cè)試要求。

也許在實(shí)現(xiàn)MIMO測(cè)試時(shí)的首要問(wèn)題是理解目前存在的變化。不同類型的MIMO及其與其它多天線技術(shù)的混淆問(wèn)題十分普遍(見(jiàn)表1)。

MIMO是4G/長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)的一部分。兩種不同類型MIMO，即時(shí)分(TD)LTE或LTE TDD(TD雙工)與頻分(FD)LTE或LTE FDD(FD雙工)之間的主要差異是部署每種協(xié)議所需的頻譜類型，Azimuth Systems公司高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理Erik Org表示。

“在使用頻分LTE時(shí)，你需要成對(duì)的頻譜，一個(gè)頻段用于上行鏈路，另一個(gè)頻段用于下行鏈路，因?yàn)樯闲墟溌泛拖滦墟溌肥峭瑫r(shí)工作的。”Org指出。每臺(tái)無(wú)線電設(shè)備的信號(hào)發(fā)射和接收是同時(shí)進(jìn)行的。在使用時(shí)分(TD)時(shí)，發(fā)射在一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行，而接收在另一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行。因此實(shí)現(xiàn)TD協(xié)議不需要成對(duì)的頻譜。

在使用多用戶或MU MIMO(802.11ac)時(shí)，并不是為單個(gè)用戶提供雙倍的數(shù)據(jù)速率，而是兩個(gè)用戶共享雙倍數(shù)據(jù)速率。“實(shí)際上并不是提高可用的數(shù)據(jù)速率，而是增加了覆蓋率。”Spirent Communication公司產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Mike McKernan表示，“在這種蜂窩系統(tǒng)中你可以使用單個(gè)MIMO信道支持另一個(gè)用戶。”

“在使用MU MIMO時(shí)，你可以有多臺(tái)接收機(jī)，這樣就可以使用帶4根天線的單臺(tái)發(fā)射機(jī)，同時(shí)可以使用多臺(tái)接收機(jī)(最多4臺(tái))，每個(gè)接收機(jī)有其單獨(dú)的天線，甚至你可以實(shí)現(xiàn)包括3臺(tái)接收機(jī)、其中一臺(tái)有2根天線的組合。”美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司射頻與無(wú)線測(cè)試部產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Raajit Lall表示(圖1)。

圖1：?jiǎn)斡脩鬗IMO允許將多根天線只連接到單臺(tái)設(shè)備。多用戶MIMO允許多個(gè)用戶當(dāng)作空間上分布式的發(fā)射源，從而提高效率。

手機(jī)制造商通常使用傳導(dǎo)或有線測(cè)試方法得到的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果和服務(wù)提供商的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的不同催生了MIMO空中(OTA)測(cè)試。第3代合作伙伴項(xiàng)目(3GPP)標(biāo)準(zhǔn)組織正在努力明確如何通過(guò)MIMO OTA測(cè)試減少實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之間的差距，安捷倫科技公司(Agilent)電子測(cè)量部門無(wú)線營(yíng)銷計(jì)劃經(jīng)理Jung-ik Suh指出。

測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商提供了不同的OTA測(cè)試方法。安捷倫提供的兩級(jí)MIMO OTA測(cè)試方法試圖盡可能提高用戶的投資回報(bào)(ROI)并完善OTA測(cè)試結(jié)果。“在MIMO OTA測(cè)試方面大概有三種建議，3GPP正在與安捷倫等測(cè)試供應(yīng)商合作，以確定哪種是最好的方法。”Suh透露。

波束成形不一定需要MIMO。“采用多根天線的波束成形技術(shù)可以通過(guò)定向波束改善無(wú)線系統(tǒng)性能，它不僅能提高數(shù)據(jù)速率和覆蓋率，而且對(duì)目標(biāo)接收機(jī)的干擾也更小。”Suh指出。不過(guò)，當(dāng)與MIMO結(jié)合在一起時(shí)，MIMO波束成形就成為了TD-LTE和LTE-Advanced技術(shù)中一個(gè)規(guī)劃的部分。

“最初的LTE-Advanced研發(fā)工作集中在載波聚合上面，目標(biāo)是要提供更寬的頻帶，實(shí)現(xiàn)高達(dá)1Gbit/s的更高數(shù)據(jù)速率。不過(guò)一些領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)也在開(kāi)發(fā)多至8×8的MIMO。”Suh指出。

問(wèn)題：規(guī)范狀態(tài)

當(dāng)前的測(cè)試需要考慮許多還未完稿和批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。作為MIMO LTE-Advanced驗(yàn)證過(guò)程的一部分，CTIA、國(guó)際無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)正在進(jìn)行參考天線測(cè)試。CTIA采用已知好的設(shè)備和不良設(shè)備進(jìn)行測(cè)試設(shè)備的比較。

“這些已知好的和已知不良的設(shè)備將被分發(fā)出去，以便CTIA能夠驗(yàn)證人們獲得的結(jié)果是否跟期望的一致，以后會(huì)有許多這方面的工作。”Spirent公司的McKernan表示。

TD LTE MIMO也在持續(xù)改進(jìn)中。雖然業(yè)界為FDD和TDD的使用定義了廣泛的頻帶范圍，但有許多頻帶至今沒(méi)有用到。“去年，人們的注意力更多地放在TDD 38-41頻段。“Azimuth公司的Org指出。他希望2.5GHz至2.7GHz頻段中會(huì)發(fā)生一些變化。全球的運(yùn)營(yíng)商特別是中國(guó)運(yùn)營(yíng)商將考慮采用TD LTE，因?yàn)檫@種技術(shù)具有不對(duì)稱地分配頻譜或分配容量的優(yōu)勢(shì)。

在無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)領(lǐng)域，Wi-Fi聯(lián)盟基本上確定了哪些MIMO版本是強(qiáng)制性的，哪些版本是可選的。對(duì)于最新的WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11ac來(lái)說(shuō)，測(cè)試3×3正在成為許多芯片組供應(yīng)商面臨的強(qiáng)制要求。“3×3肯定是最新WLAN標(biāo)準(zhǔn)要求的。”國(guó)家儀器公司的Lall認(rèn)為，“LTE并不要求8×8，但許多研發(fā)實(shí)驗(yàn)室都開(kāi)展了這方面的測(cè)試。”

一些專家認(rèn)為，802.11ac在2013年底前有可能無(wú)法全部完成。安捷倫公司電子測(cè)量部LTE市場(chǎng)計(jì)劃經(jīng)理Jan Whitacre認(rèn)為，最終定稿至少還要一年。沒(méi)有供應(yīng)商建議直到規(guī)范最終定稿才購(gòu)買測(cè)試設(shè)備。

測(cè)試策略

雖然正在發(fā)生的許多MIMO變化是不確定的，但這些變化都是暫時(shí)性的?，F(xiàn)在正是實(shí)現(xiàn)測(cè)試變化的時(shí)候。MIMO的預(yù)期變化已經(jīng)公布好幾年了。在許多情況下，它們最終會(huì)或緊急得到批準(zhǔn)。另外，當(dāng)測(cè)試公司開(kāi)發(fā)出測(cè)試設(shè)備來(lái)解決已知或計(jì)劃的變化時(shí)，設(shè)備或平臺(tái)的易用性(針對(duì)設(shè)置和使用)得到了大幅簡(jiǎn)化。

在有些情況下只需軟件發(fā)生改變。例如，國(guó)家儀器已經(jīng)在平臺(tái)設(shè)計(jì)中準(zhǔn)備好了滿足面向未來(lái)實(shí)現(xiàn)的10×10和更高系統(tǒng)的要求。因此，現(xiàn)在購(gòu)買這類設(shè)備的客戶完全可以在多年后仍滿足變化的測(cè)試要求。

“這是我們有意做出的決定，也是PXI平臺(tái)背后的首要想法。”國(guó)家儀器的Lall表示，“將它擴(kuò)展到20×20也沒(méi)有技術(shù)方面的限制，而10×10系統(tǒng)我們肯定已做過(guò)測(cè)試。”

誠(chéng)然，那些由于所有條件可能沒(méi)有全部到位而無(wú)法馬上決定購(gòu)買測(cè)試設(shè)備的公司如今也很難決策。如果一家公司等待太久而沒(méi)有購(gòu)買設(shè)備對(duì)最終規(guī)范進(jìn)行測(cè)試，那就很可能落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。如果設(shè)備提供商是規(guī)范開(kāi)發(fā)的密切接觸者，并且在其平臺(tái)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中考慮了規(guī)范要求，那么提前購(gòu)買測(cè)試設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)可以被降到最低。