因應多信道無(wú)線(xiàn)測試配置　模塊化儀器搞定多天線(xiàn)測量

今天，有越來(lái)越多人倚賴(lài)無(wú)線(xiàn)設備來(lái)管理電子郵件、社交媒體、銀行帳務(wù)，并且下載或串流影片和電影。在許多市場(chǎng)中，LTE和LTE-Advanced已經(jīng)成為主流技術(shù)，而下一代5G標準也已經(jīng)進(jìn)入前期研究和定義階段。在蜂窩通信應用中，LTE-Advanced是下一個(gè)最主要的技術(shù)增長(cháng)領(lǐng)域，以因應消費者需求，直到5G技術(shù)能開(kāi)始推出商用服務(wù)為止。

許多移動(dòng)通信業(yè)者致力于部署LTE-Advanced多天線(xiàn)技術(shù)，以改善其移動(dòng)通信系統的連接性和峰值數據速率。多天線(xiàn)技術(shù)可增加發(fā)射器、接收器或兩者的天線(xiàn)數量，是提高系統容量的關(guān)鍵技術(shù)，目前已被應用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(WLAN)標準，如802.11n和802.11ac。

藉由部署多天線(xiàn)技術(shù)，業(yè)者可實(shí)現更出色的頻譜效率和更高的峰值數據速率。以下為目前常用的技術(shù)：

路徑分集(Path Diversity)

此技術(shù)在發(fā)射器或接收器端使用多個(gè)天線(xiàn)，藉以改善信號穩定性，或是讓接收器能夠正確地接收所發(fā)送的數據。路徑分集也可部署為傳輸分集(Transmit Diversity)，以便透過(guò)發(fā)射器端的多個(gè)天線(xiàn)，將數據發(fā)送到單一接收器。路徑分集還可部署為接收分集，透過(guò)單一發(fā)射器將數據發(fā)送到接收器端的多個(gè)天線(xiàn)。如果通道的訊噪比不佳，這兩種多天線(xiàn)配置有助于改善信號穩定性。

空間多任務(wù)(Spatial Multiplexing)

這項用于多重輸入/多重輸出(MIMO)的技術(shù)，在發(fā)射器和接收器端使用兩個(gè)或多個(gè)天線(xiàn)來(lái)提高空間效率。利用MIMO，在發(fā)射器或接收器端的每一個(gè)天線(xiàn)，可傳送獨立和單獨編碼的數據信號(數據流)。在通信電路的每一端，個(gè)別天線(xiàn)所傳送的數據將結合在一起，以便盡可能減少錯誤，并且全面提升數據傳輸速度。MIMO被廣泛用于許多提供高數據速率的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，例如LTE、LTE-A、WiMAX和WLAN 802.11n/ac?？臻g多任務(wù)技術(shù)改進(jìn)了空間效率和單一用戶(hù)的數據傳輸速率。多使用者M(jìn)IMO(Multi-user MIMO)是一種空間多任務(wù)形式，可在同一頻譜上同時(shí)將數據傳送給多個(gè)用戶(hù)。

波束操控或波束成形

使用多個(gè)天線(xiàn)來(lái)進(jìn)行定向發(fā)射，以便操控特定接收器的信號傳輸方向。相同的信號經(jīng)由兩個(gè)或多個(gè)空間分離發(fā)射器同時(shí)進(jìn)行傳輸。此技術(shù)使用振幅和相位調整技術(shù)，以便用破壞性或建設性方式來(lái)結合多個(gè)傳輸信號。建設性(或相位同調)信號可用建設性方式結合起來(lái)，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)波束碼型(Beam Pattern)。利用建設性組合，相結合的信號可在接收器天線(xiàn)上提供更多的能量，進(jìn)而產(chǎn)生更穩定的信號，并且改善接收器端的訊噪比。波束操控/波束成形的好處包括更出色的選擇性、干擾管理、更高的增益，并提供更好的訊噪比。

這些多天線(xiàn)技術(shù)被廣泛用于當今的無(wú)線(xiàn)通信系統。多天線(xiàn)技術(shù)和多用戶(hù)波束成形，預料將成為5G關(guān)鍵技術(shù)，可利用基站安裝的數百只天線(xiàn)，在同一時(shí)間與多個(gè)移動(dòng)設備進(jìn)行通信。這項技術(shù)又稱(chēng)為Massive MIMO。

設計和開(kāi)發(fā)使用多天線(xiàn)技術(shù)的通信系統時(shí)，隨著(zhù)天線(xiàn)數量不斷增加，工程師須透過(guò)比以往更為復雜的配置來(lái)執行必要的系統驗證測試。驗證多天線(xiàn)配置帶來(lái)了許多新的挑戰，包括須同時(shí)分析多個(gè)發(fā)射或接收鏈路;以及對MIMO配置進(jìn)行多信道同步測試。此外，在波束成形應用中，通道之間必須維持精準的時(shí)序和同步;而相位同調性可確保適當的通道間相位和振幅測量。多信道同步測試系統具有可擴充性，并可使用共享資源來(lái)進(jìn)行觸發(fā)和同步，有助于克服這些測試挑戰。

圖1、使用一個(gè)主要CLK來(lái)同步數據的擷取或播放。

相位同調性

想要讓不同信號或信道維持同步是個(gè)困難的任務(wù)，這需要在多儀器環(huán)境中進(jìn)行。一般而言，主要參考信號可用來(lái)校準所有的CLK信號。在(圖1)所示的情況下，主要參考信號使用一條PXI觸發(fā)線(xiàn)，將初始化觸發(fā)傳送到所有從屬的模塊。等到所有通道都準備好之后，則主要單元將送出一個(gè)觸發(fā)事件的信號，接著(zhù)所有模塊將在下一個(gè)10MHz CLK信號源上開(kāi)始運作。此方法可確保所有動(dòng)作的開(kāi)始時(shí)間均經(jīng)過(guò)校準，因此所有信道可同時(shí)進(jìn)行數據擷取或播放。

通用的頻率參考提供時(shí)序校準，但不提供相位同調性。在波束成形應用中，這會(huì )帶來(lái)問(wèn)題，因為須透過(guò)振幅和相位偏移來(lái)建立波束碼型。模擬真實(shí)世界的傳輸或測量時(shí)，通常需藉助通道之間的相位同調性。如果兩個(gè)信號在時(shí)間上具有恒定的相對相位，代表它們具有相位同調性。如果每一次的信號產(chǎn)生或每個(gè)測量通道，都有其獨立產(chǎn)生的信號，則每個(gè)信道的相位特性將各不相同，因而很難在多個(gè)通道之間實(shí)現恒定的相對相位。

藉由使用提供通道間相位同調性的模塊化儀器，可以讓所產(chǎn)生的信號或測量信道之間。具有相位穩定關(guān)系。要獲致真正的相位同調性，方法之一是讓每個(gè)通道共享一個(gè)本地振蕩器(LO)，確保所有通道具有相同的相位特性。利用這種方法，分析儀中的每個(gè)降頻器，或是信號源中的每個(gè)調變器，都共享相同的相位特性，包括相位誤差。在恒定的相位和通道間時(shí)序偏差(每個(gè)儀器路徑中的延遲)下，工程師可全面分析射頻路徑的特性，如(圖2)所示。測量系統必須能夠容納信道之間的振幅和相位差異。如未經(jīng)過(guò)校驗，測量結果的準確度將會(huì )下滑。使用校驗技術(shù)來(lái)修正偏移后，工程師可確定所有測量差異均來(lái)自于待測物，而非測試設備。進(jìn)行修正時(shí)，首先需測量通道間的差異，然后再進(jìn)行調整。其方法是針對每個(gè)分析儀通道，每次在每個(gè)信號源信道上產(chǎn)生一個(gè)已知的參考信號，然后對結果進(jìn)行測量。(圖3)顯示校驗對于波束碼型準確度的影響。

圖2、透過(guò)共享的LO來(lái)實(shí)現多通道分析儀的相位同調

綜上所述，有越來(lái)越多無(wú)線(xiàn)通信系統相繼采用多天線(xiàn)技術(shù)。然而，這將為工程師帶來(lái)新的挑戰，因為他們必須針對這些復雜的多信道系統來(lái)開(kāi)發(fā)并驗證測試系統和方法。模塊化儀器平臺提供可擴充的信道數、信道間同步，以及相位同調和其他特性，可有效解決這些問(wèn)題。

圖3、左右兩圖分別顯示使用和未使用時(shí)間和相位修正技術(shù)所測得的波束碼型。