4G手機研發(fā)工程師需要知道的--MIMO OTA

　　剛從EUcap2015回來，給各位寫一個個人匯報，順便聊聊關于MIMO OTA的一些進展與內幕。

　　本文專業(yè)性較強，除彩蛋的預告之外，其余部分僅供專業(yè)人士閱讀、參考。

　　【一】會議介紹：EUCAP

　　一年一度的歐洲天線與電波傳播會議(EUCAP)是由歐洲天線與電波傳播協(xié)會(http://www.euraap.org/)組織的學術會議，歐洲在電波傳播有著強有力的研究基礎，該會議也就順其自然地演變成了歐洲各國乃至美國、日本、中國學者在天線設計、電波傳播與測量領域進行學術交流的重要會議，匯集了學術界與工業(yè)界的各類技術人員。

　　此次EUCAP2015(EUCAP2015.org)于2015年4月12日~17日在葡萄牙首都里斯本召開，共有1019篇文章，其中大部分將被IEEE收錄，EI檢索。展示了在天線、電波傳播與測試領域最新的技術進展，其中不少創(chuàng)新和思想將可能被用于應對未來無線通信系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

　　順便說一下，本次會議有不少華為的文章(http://t.cn/RACdvUz)，而這些文章的作者并不一定是中國人，不少是受雇于華為的德國專家、瑞典專家，我與幾位學術界的老外聊，他們告訴我華為目前在科研領域的aggressive，是讓他們有些意外的——當然，這些研究很多并不見得在手機領域，手機是個大眾消費品，而華為產(chǎn)品其實更多地是在通訊的專業(yè)領域發(fā)揮作用的。

　　本人在EUCAP2015發(fā)表的文章題目為《On the Number of Required Probes for Anechoic Chamber Based Method for MIMO OTA Testing》，演講題目與文章題目相同，文章與演講ppt均已上傳新浪微盤——后文提到這篇文章的重要性。

　　【二】時間表：學術界與工業(yè)界的MIMO OTA

　　我所關注的研究方向，是一種針對多天線及MIMO設備(比如4G手機)的無線性能進行評估的測試方法，即MIMO OTA，對運營商來說，這個測試方法的必要性是用于不同供應商的手機性能排名，尤其是4G下載性能，對手機廠商來說，MIMO OTA測試則是研發(fā)人員進行不同基帶算法、射頻與天線設計方案優(yōu)化過程中不可或缺的評估方法。

　　歷屆EUcap是出MIMO OTA文章最多的一個會議，也是歐洲做這個方向的學者、工程師必到的一個會議。

　　該測試方法在學術界已經(jīng)討論了將近10年，基本理論已比較成熟——但不意味著有多少人都明白!——國際標準在普通消費者和測試實驗室心目中是高大上的，但是在實際制定過程則充滿了利益博弈和政治斗爭(經(jīng)過將近五年的漫長等待，3GPP和CTIA到2015年4月為止還沒有確定MIMO OTA測試方案的最終版本)。

　　與學術界不同，對于新的技術，工業(yè)界逐利的特性決定了一般只有大公司才能開展超越現(xiàn)階段5~10年的學術研究，一般認為，工業(yè)界介入這個MIMO OTA領域的標志是從3GPP或CTIA于2010年前后開始制定相關標準/建議書開始的，而類似前Nokia手機、蘋果、LG、三星等手機公司也在此時間前后對這個方法有或淺或深的研究，芯片廠商如高通、intel的研究到目前為止已經(jīng)甚為深入了。

　　在國內的學術界，同濟大學、東南大學、北京郵電大學、北方交通大學都有做信道測量、建模的專家，但在MIMO OTA這個領域，可能會往下做的是北京郵電大學。

　　在國內工業(yè)界，目前看，我個人認為華為終端公司可能會率先建立自己的MIMO OTA測試系統(tǒng)，而諸如聯(lián)想/OPPO/VIVO/酷派/小米/錘子/一加等等，有的公司也在密切關注，有的公司則受資金和條件所限，直接走錯到混響室方案，另外還有一些公司的研發(fā)人員是根本沒有聽說過MIMO OTA，上來直接走芯片的參考設計、SISO OTA測單天線TRP/TIS，然后就量產(chǎn)了。

　　目前工業(yè)界MIMO OTA標準化的時間表(我的個人估計，僅供參考)：

　　1.預計北美CTIA將于下個月(2015年5月)完成V1.0版本，10月份完成V1.1版本;

　　2.國際3GPP也將于今年年底前完成決議;

　　3.國內的CCSA，即行業(yè)標準“終端MIMO天線公共性能要求和測量方法第一部分：LTE無線終端”估計于5月5~7日的TC9全會中討論形成報批稿，并于今/明年開始推薦執(zhí)行。(有進一步進展 ，我將隨時在微博更新、通知)

　　【三】內幕： MIMO OTA的核心在于信道(信道仿真器)，而非暗室(系統(tǒng)集成商)

　　MIMO OTA的系統(tǒng)集成商，指的是最終把測試儀器、軟件、系統(tǒng)安裝好提供給測試實驗室的公司;通常，由系統(tǒng)集成商所提供的測試系統(tǒng)都是為第三方實驗室(如SGS/摩爾實驗室等)經(jīng)營測試業(yè)務[賺錢]服務的，操作人員并不需要太多的基礎知識，但對MIMO OTA來說,有一個比較悲慘的情況就是，如果缺少必要的基礎知識，實驗員甚至很難確定自己的測試系統(tǒng)是否在正常工作……

　　作為系統(tǒng)集成商，常年活躍在CTIA(一個以北美運營商為服務對象的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織)的美國ETS-Lindgen和法國SATIMO(隸屬MVG集團)在過去10年的SISO OTA測試系統(tǒng)發(fā)展過程中積累了自己的龐大用戶群，這些用戶涵蓋了高校、手機廠商、天線廠商、方案商、第三方測試實驗室、運營商等等關注手機性能的產(chǎn)業(yè)鏈上下游。

　　這個現(xiàn)狀，給本來就較為復雜的MIMOOTA技術的推廣帶來了弊端。真相是：MIMOOTA的真正核心在于信道，所以信道仿真器廠家(或研究人員)掌握了核心技術，但他們缺乏號召力，不得不聽命于系統(tǒng)集成商——而大多數(shù)關注MIMO OTA的技術人員最先接觸的是系統(tǒng)集成商(ETS/SATIMO)，而ETS/SATIMO并不希望把這個真相傳遞給最終用戶——好比你是賣組裝車的，你最怕的就是別人把部件分開來看你的成本價，所以要顯得你有價值，就必須得說“發(fā)動機并不重要，重要的是如何把整體零件組裝在一起發(fā)揮最大效用，組裝，這是個技術活，是最最重要的，其他都是浮云!” 所以在后續(xù)所有銷售及售后活動中，發(fā)動機的設計與參數(shù)都被屏蔽掉了，以至于你只需要了解怎么握方向盤就可以了——這在汽車銷售、使用過程中也許是可行的，但是對于手機的研發(fā)人員或MIMO OTA科研人員而言，就完全不是這么回事兒了!

　　從CTIA到3GPP，以及目前所有MIMO OTA商用系統(tǒng)集成商(除我們的合作方以外)，均稱測試系統(tǒng)需要有8個及以上探頭，但我在此次文章中解釋、理論論證并通過實際測試證明了這個觀點是錯誤的，也即我們用4個探頭就能夠達到8個探頭的效果。

　　如前所述，作為系統(tǒng)集成商的ETS/SATIMO自身在核心技術(信道)上是沒有積累的，而且軟件測試的中間環(huán)節(jié)也無法開放給研究者，因此高校是應該自己來搭建系統(tǒng)從底層進行研究的，比如丹麥Aalborg大學，芬蘭AALTO大學。

　　右下角圖線是同一款手機的三次測試，綠色線測于2015年4月18日ABP實驗室，紅色實線測于2014年ABP實驗室(但系統(tǒng)并不完全相同)，藍色實線測于2014年另一實驗室。

　　三根曲線的在90%TP處的差異小于0.5dB，證明目前測試系統(tǒng)和終端性能均穩(wěn)定、可靠。