4G手機研發(fā)工程師需要知道的--MIMO OTA

　　剛從EUcap2015回來(lái)，給各位寫(xiě)一個(gè)個(gè)人匯報，順便聊聊關(guān)于MIMO OTA的一些進(jìn)展與內幕。

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

　　【一】會(huì )議介紹：EUCAP

　　一年一度的歐洲天線(xiàn)與電波傳播會(huì )議(EUCAP)是由歐洲天線(xiàn)與電波傳播協(xié)會(huì )(http://www.euraap.org/)組織的學(xué)術(shù)會(huì )議，歐洲在電波傳播有著(zhù)強有力的研究基礎，該會(huì )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(xué)者在天線(xiàn)設計、電波傳播與測量領(lǐng)域進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的重要會(huì )議，匯集了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的各類(lèi)技術(shù)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(kāi)，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(xiàn)、電波傳播與測試領(lǐng)域最新的技術(shù)進(jìn)展，其中不少創(chuàng )新和思想將可能被用于應對未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信系統的挑戰。

　　順便說(shuō)一下，本次會(huì )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(zhuān)家、瑞典專(zhuān)家，我與幾位學(xué)術(shù)界的老外聊，他們告訴我華為目前在科研領(lǐng)域的aggressive，是讓他們有些意外的——當然，這些研究很多并不見(jiàn)得在手機領(lǐng)域，手機是個(gè)大眾消費品，而華為產(chǎn)品其實(shí)更多地是在通訊的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)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(pán)——后文提到這篇文章的重要性。

　　【二】時(shí)間表：學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的MIMO OTA

　　我所關(guān)注的研究方向，是一種針對多天線(xiàn)及MIMO設備(比如4G手機)的無(wú)線(xiàn)性能進(jìn)行評估的測試方法，即MIMO OTA，對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，這個(gè)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(chǎng)商來(lái)說(shuō)，MIMO OTA測試則是研發(fā)人員進(jìn)行不同基帶算法、射頻與天線(xiàn)設計方案優(yōu)化過(guò)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(gè)會(huì )議，也是歐洲做這個(gè)方向的學(xué)者、工程師必到的一個(gè)會(huì )議。

　　該測試方法在學(xué)術(shù)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(zhù)有多少人都明白!——國際標準在普通消費者和測試實(shí)驗室心目中是高大上的，但是在實(shí)際制定過(guò)程則充滿(mǎn)了利益博弈和政治斗爭(經(jīng)過(guò)將近五年的漫長(cháng)等待，3GPP和CTIA到2015年4月為止還沒(méi)有確定MIMO OTA測試方案的最終版本)。

　　與學(xué)術(shù)界不同，對于新的技術(shù)，工業(yè)界逐利的特性決定了一般只有大公司才能開(kāi)展超越現階段5~10年的學(xué)術(shù)研究，一般認為，工業(yè)界介入這個(gè)MIMO OTA領(lǐng)域的標志是從3GPP或CTIA于2010年前后開(kāi)始制定相關(guān)標準/建議書(shū)開(kāi)始的，而類(lèi)似前Nokia手機、蘋(píng)果、LG、三星等手機公司也在此時(shí)間前后對這個(gè)方法有或淺或深的研究，芯片廠(chǎng)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(xué)術(shù)界，同濟大學(xué)、東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、北方交通大學(xué)都有做信道測量、建模的專(zhuān)家，但在MIMO OTA這個(gè)領(lǐng)域，可能會(huì )往下做的是北京郵電大學(xué)。

　　在國內工業(yè)界，目前看，我個(gè)人認為華為終端公司可能會(huì )率先建立自己的MIMO OTA測試系統，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(guān)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(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)MIMO OTA，上來(lái)直接走芯片的參考設計、SISO OTA測單天線(xiàn)TRP/TIS，然后就量產(chǎn)了。

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

　　1.預計北美CTIA將于下個(gè)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(xiàn)公共性能要求和測量方法第一部分：LTE無(wú)線(xiàn)終端”估計于5月5~7日的TC9全會(huì )中討論形成報批稿，并于今/明年開(kāi)始推薦執行。(有進(jìn)一步進(jìn)展 ，我將隨時(shí)在微博更新、通知)

　　【三】?jì)饶唬?MIMO OTA的核心在于信道(信道仿真器)，而非暗室(系統集成商)

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

　　作為系統集成商，常年活躍在CTIA(一個(gè)以北美運營(yíng)商為服務(wù)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(guò)去10年的SISO OTA測試系統發(fā)展過(guò)程中積累了自己的龐大用戶(hù)群，這些用戶(hù)涵蓋了高校、手機廠(chǎng)商、天線(xiàn)廠(chǎng)商、方案商、第三方測試實(shí)驗室、運營(yíng)商等等關(guān)注手機性能的產(chǎn)業(yè)鏈上下游。

　　這個(gè)現狀，給本來(lái)就較為復雜的MIMOOTA技術(shù)的推廣帶來(lái)了弊端。真相是：MIMOOTA的真正核心在于信道，所以信道仿真器廠(chǎng)家(或研究人員)掌握了核心技術(shù)，但他們缺乏號召力，不得不聽(tīng)命于系統集成商——而大多數關(guān)注MIMO OTA的技術(shù)人員最先接觸的是系統集成商(ETS/SATIMO)，而ETS/SATIMO并不希望把這個(gè)真相傳遞給最終用戶(hù)——好比你是賣(mài)組裝車(chē)的，你最怕的就是別人把部件分開(kāi)來(lái)看你的成本價(jià)，所以要顯得你有價(jià)值，就必須得說(shuō)“發(fā)動(dòng)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(gè)技術(shù)活，是最最重要的，其他都是浮云!” 所以在后續所有銷(xiāo)售及售后活動(dòng)中，發(fā)動(dòng)機的設計與參數都被屏蔽掉了，以至于你只需要了解怎么握方向盤(pán)就可以了——這在汽車(chē)銷(xiāo)售、使用過(guò)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商用系統集成商(除我們的合作方以外)，均稱(chēng)測試系統需要有8個(gè)及以上探頭，但我在此次文章中解釋、理論論證并通過(guò)實(shí)際測試證明了這個(gè)觀(guān)點(diǎn)是錯誤的，也即我們用4個(gè)探頭就能夠達到8個(gè)探頭的效果。

　　如前所述，作為系統集成商的ETS/SATIMO自身在核心技術(shù)(信道)上是沒(méi)有積累的，而且軟件測試的中間環(huán)節也無(wú)法開(kāi)放給研究者，因此高校是應該自己來(lái)搭建系統從底層進(jìn)行研究的，比如丹麥Aalborg大學(xué)，芬蘭AALTO大學(xué)。

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

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