MIMO的多變催生多種測試解決方案

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

不同的MIMO種類(lèi)

2012年MIMO領(lǐng)域發(fā)生了很多變化。作為智能天線(xiàn)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據速率和更好的頻譜效率(bits/second/Hz)。當然，在發(fā)射(Tx)和接收(Rx)端使用多根天線(xiàn)并增加數據處理會(huì )提高系統復雜性以及相關(guān)的測試要求。

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

MIMO是4G/長(cháng)期演進(jìn)(LTE)的一部分。兩種不同類(lèi)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(lèi)型，Azimuth Systems公司高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Erik Org表示。

“在使用頻分LTE時(shí)，你需要成對的頻譜，一個(gè)頻段用于上行鏈路，另一個(gè)頻段用于下行鏈路，因為上行鏈路和下行鏈路是同時(shí)工作的。”Org指出。每臺無(wú)線(xiàn)電設備的信號發(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TD協(xié)議不需要成對的頻譜。

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

“在使用MU MIMO時(shí)，你可以有多臺接收機，這樣就可以使用帶4根天線(xiàn)的單臺發(fā)射機，同時(shí)可以使用多臺接收機(最多4臺)，每個(gè)接收機有其單獨的天線(xiàn)，甚至你可以實(shí)現包括3臺接收機、其中一臺有2根天線(xiàn)的組合。”美國國家儀器(NI)公司射頻與無(wú)線(xiàn)測試部產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Raajit Lall表示(圖1)。

圖1：?jiǎn)斡脩?hù)MIMO允許將多根天線(xiàn)只連接到單臺設備。多用戶(hù)MIMO允許多個(gè)用戶(hù)當作空間上分布式的發(fā)射源，從而提高效率。

手機制造商通常使用傳導或有線(xiàn)測試方法得到的實(shí)驗室測試結果和服務(wù)提供商的現場(chǎng)測試結果的不同催生了MIMO空中(OTA)測試。第3代合作伙伴項目(3GPP)標準組織正在努力明確如何通過(guò)MIMO OTA測試減少實(shí)驗室測試和現場(chǎng)測試之間的差距，安捷倫科技公司(Agilent)電子測量部門(mén)無(wú)線(xiàn)營(yíng)銷(xiāo)計劃經(jīng)理Jung-ik Suh指出。

測試設備供應商提供了不同的OTA測試方法。安捷倫提供的兩級MIMO OTA測試方法試圖盡可能提高用戶(hù)的投資回報(ROI)并完善OTA測試結果。“在MIMO OTA測試方面大概有三種建議，3GPP正在與安捷倫等測試供應商合作，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(xiàn)的波束成形技術(shù)可以通過(guò)定向波束改善無(wú)線(xiàn)系統性能，它不僅能提高數據速率和覆蓋率，而且對目標接收機的干擾也更小。”Suh指出。不過(guò)，當與MIMO結合在一起時(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，目標是要提供更寬的頻帶，實(shí)現高達1Gbit/s的更高數據速率。不過(guò)一些領(lǐng)先的研發(fā)團隊也在開(kāi)發(fā)多至8×8的MIMO。”Suh指出。

問(wèn)題：規范狀態(tài)

當前的測試需要考慮許多還未完稿和批準的標準。作為MIMO LTE-Advanced驗證過(guò)程的一部分，CTIA、國際無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )正在進(jìn)行參考天線(xiàn)測試。CTIA采用已知好的設備和不良設備進(jìn)行測試設備的比較。

“這些已知好的和已知不良的設備將被分發(fā)出去，以便CTIA能夠驗證人們獲得的結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。全球的運營(yíng)商特別是中國運營(yíng)商將考慮采用TD LTE，因為這種技術(shù)具有不對稱(chēng)地分配頻譜或分配容量的優(yōu)勢。

在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)領(lǐng)域，Wi-Fi聯(lián)盟基本上確定了哪些MIMO版本是強制性的，哪些版本是可選的。對于最新的WLAN標準802.11ac來(lái)說(shuō)，測試3×3正在成為許多芯片組供應商面臨的強制要求。“3×3肯定是最新WLAN標準要求的。”國家儀器公司的Lall認為，“LTE并不要求8×8，但許多研發(fā)實(shí)驗室都開(kāi)展了這方面的測試。”

一些專(zhuān)家認為，802.11ac在2013年底前有可能無(wú)法全部完成。安捷倫公司電子測量部LTE市場(chǎng)計劃經(jīng)理Jan Whitacre認為，最終定稿至少還要一年。沒(méi)有供應商建議直到規范最終定稿才購買(mǎi)測試設備。

測試策略

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在正是實(shí)現測試變化的時(shí)候。MIMO的預期變化已經(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。另外，當測試公司開(kāi)發(fā)出測試設備來(lái)解決已知或計劃的變化時(shí)，設備或平臺的易用性(針對設置和使用)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，國家儀器已經(jīng)在平臺設計中準備好了滿(mǎn)足面向未來(lái)實(shí)現的10×10和更高系統的要求。因此，現在購買(mǎi)這類(lèi)設備的客戶(hù)完全可以在多年后仍滿(mǎn)足變化的測試要求。

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

誠然，那些由于所有條件可能沒(méi)有全部到位而無(wú)法馬上決定購買(mǎi)測試設備的公司如今也很難決策。如果一家公司等待太久而沒(méi)有購買(mǎi)設備對最終規范進(jìn)行測試，那就很可能落后于競爭對手。如果設備提供商是規范開(kāi)發(fā)的密切接觸者，并且在其平臺和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中考慮了規范要求，那么提前購買(mǎi)測試設備的風(fēng)險可以被降到最低。