- 通信技術的發展趨勢
- 測試技術的趨勢和挑戰
- SISO架構到復雜的MIMO架構的轉變
- 測試儀器要有精確的相位控制和更高的帶寬
頻譜趨勢
無線通信的市場需求持續加速，同時伴隨著向數據應用的轉移，比如短信息、網絡瀏覽和GPS等應用。這些應用需要更高的數據傳輸率來實現更佳的用戶體驗，這需要在有限的頻譜上采用新的傳輸方式。一些相當有效率的調制方式和數字編碼算法得到了采用，與此對應的是不斷提升的信號帶寬——從上世紀90年代的300kHz增長到了今天的40MHz。
通信技術的趨勢
也許日前無線通信技術最顯著的趨勢就是從單輸入單輸出（SISO）架構到復雜的多輸入多輸出（MIMO）架構的轉變。現今的無線電設備多采用單發射機和單接收機的SISO架構，信息在一個時間段采用單種數字符號在單一信道進行傳輸。比如在目前的Wi-Fi系統中，在一個時間點只采用一個天線發射或接收一個射頻信號。采用這種方式，天線經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據流。
從SISO到MIMO的轉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的信息，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。
這一改變是由消費者對移動電話服務不斷增加的需求和數字信號處理器（DSP）價格的不斷下降所驅動的，結果是帶來了高帶寬的無線通信系統。MIMO技術目前可以在廣泛的商用無線通信設備上得以采用，比如移動電話、PDA和筆記本電腦。直接結果是為那些消費設備帶來了更高的數據傳輸率。
測試的趨勢和挑戰
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雜的系統。比如說WiMAX系統，采用了正交頻分復用（OFDM）來實現多種符號的并行傳輸。從SISO到MIMO的轉變讓測試工程師面臨許多值得注意的新挑戰。
復雜的MIMO和OFDM帶來的第一個挑戰是測試儀器可以支持的空間流（spatialstreams）的數量。比如說，WLAN和LTE都支持四路空間流，而目前的WiMAX使用MatrixA和MatrixB兩路空間流。
接收機測試的挑戰是將混合在一起的信號分解成多路的單獨信號或碼流。然而，最大的挑戰還是同步。傳輸多路信號需要在多個信道之間實現相位和采樣對準（samplingalignment）的精確同步。這意味著信號分析儀和信號發生器必須進行精確的同步，來實現精確的和可重復的測量。
在MIMO的發射機中RF載波的相位也需要得到控制。這允許天線波束調整到不同的方向。通過將天線波束調整到兩個不同的方向，通信效率可以得到較大的提升。今天，多數儀器平臺都被設計為SISO應用，不能方便的調節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載波必須處于穩定（比如，RF載波間具有低的抖動）并具有可調整的幅度。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。
另外，在今天的無線設備中越來越多樣的移動通信標準得到采用，或者制造商可能會采用不同的標準生產各種設備。因此，測試儀器需要適用多種主流的移動通信標準（比如GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMAOne和CDMA2000等）。測試儀器必須有能力對每個標準做出精確的測量，比如需要保證較小的誤差向量幅度即EVM（EVM在EDGE系統中相當重要）。而因為新的移動通信標準被制造商采用，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（比如僅改變軟件）來更新測試儀器，以應對新的移動通信和調制標準。
產業對于成本敏感的需求
如今的無線設備變得越來越復雜，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。這不僅體現在生產過程中，同樣體現在研發過程中，在這兩種環境下，對于更多功能、更高吞吐量和更簡單操作的測試設備的需求越來越強烈。
對于多空間流的WLAN、LTE和WiMAX系統的測試，首要目標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-輸出需要一個獨立的發射機和一個接收機，或者說一個信號發生器和一個信號分析儀。
更加先進的測試儀器的設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準和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射頻矢量信號發生器、2820矢量信號分析儀、2895MIMO同步單元和SignalMeister波形生成軟件。該平臺支持最大8×8MIMO系統測量，這種MIMO系統應用在目前商用的802.11nWi-Fi、802.16e移動WiMAXWave2和未來的4G標準LTE（長期演進）和UMB（超移動寬帶）上。
這些測試能力得益于目前產業的創新，比如，基于DSP的軟件無線電（SDR）架構的快速采用改變了測試需求。基于SDR的儀器可以生成或調制幾乎是任何信號（目前可以達到40MHz的調制帶寬），而只需要進行軟件的更新。這讓測試儀器使用壽命大大增長，因為更新測試系統更加簡單。
DSP技術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。這實現了精確的、可重復的信號，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上測量低水平的EVM。DSP技術同樣提供了高的吞吐量，它允許快速調諧，可以在低于一毫秒時間內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現立即調用。
通過將這些技術最有成本效益的結合在一起，下一代RF測試儀器讓設備制造商能夠持續降低總體測試成本。他們可以執行更多更快的測試，縮短產品上市時間，同時保證產品能達到關鍵的性能參數要求。
