MIMO的多變催生多種測試解決方案

多入多出(MIMO)天線系統(tǒng)的多樣性和持續(xù)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(jù)完成測試的場所不同，從學(xué)術(shù)和行業(yè)研發(fā)實驗室到產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證和制造，或是從IC到基站到手機(jī)，具體要求都有相當(dāng)大的變化。研發(fā)實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(qū)的高成本效益生產(chǎn)測試近來都在發(fā)生變化。

不同的MIMO種類

2012年MIMO領(lǐng)域發(fā)生了很多變化。作為智能天線技術(shù)的一部分，MIMO無需額外帶寬或提高發(fā)射功率就可以提供更高的數(shù)據(jù)速率和更好的頻譜效率(bits/second/Hz)。當(dāng)然，在發(fā)射(Tx)和接收(Rx)端使用多根天線并增加數(shù)據(jù)處理會提高系統(tǒng)復(fù)雜性以及相關(guān)的測試要求。

也許在實現(xiàn)MIMO測試時的首要問題是理解目前存在的變化。不同類型的MIMO及其與其它多天線技術(shù)的混淆問題十分普遍(見表1)。

MIMO是4G/長期演進(jìn)(LTE)的一部分。兩種不同類型MIMO，即時分(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)議所需的頻譜類型，Azimuth Systems公司高級營銷經(jīng)理Erik Org表示。

“在使用頻分LTE時，你需要成對的頻譜，一個頻段用于上行鏈路，另一個頻段用于下行鏈路，因為上行鏈路和下行鏈路是同時工作的。”Org指出。每臺無線電設(shè)備的信號發(fā)射和接收是同時進(jìn)行的。在使用時分(TD)時，發(fā)射在一個時隙進(jìn)行，而接收在另一個時隙進(jìn)行。因此實現(xiàn)TD協(xié)議不需要成對的頻譜。

在使用多用戶或MU MIMO(802.11ac)時，并不是為單個用戶提供雙倍的數(shù)據(jù)速率，而是兩個用戶共享雙倍數(shù)據(jù)速率。“實際上并不是提高可用的數(shù)據(jù)速率，而是增加了覆蓋率。”Spirent Communication公司產(chǎn)品營銷經(jīng)理Mike McKernan表示，“在這種蜂窩系統(tǒng)中你可以使用單個MIMO信道支持另一個用戶。”

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

圖1：單用戶MIMO允許將多根天線只連接到單臺設(shè)備。多用戶MIMO允許多個用戶當(dāng)作空間上分布式的發(fā)射源，從而提高效率。

手機(jī)制造商通常使用傳導(dǎo)或有線測試方法得到的實驗室測試結(jié)果和服務(wù)提供商的現(xiàn)場測試結(jié)果的不同催生了MIMO空中(OTA)測試。第3代合作伙伴項目(3GPP)標(biāo)準(zhǔn)組織正在努力明確如何通過MIMO OTA測試減少實驗室測試和現(xiàn)場測試之間的差距，安捷倫科技公司(Agilent)電子測量部門無線營銷計劃經(jīng)理Jung-ik Suh指出。

測試設(shè)備供應(yīng)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的投資回報(ROI)并完善OTA測試結(jié)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(yīng)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。“采用多根天線的波束成形技術(shù)可以通過定向波束改善無線系統(tǒng)性能，它不僅能提高數(shù)據(jù)速率和覆蓋率，而且對目標(biāo)接收機(jī)的干擾也更小。”Suh指出。不過，當(dāng)與MIMO結(jié)合在一起時，MIMO波束成形就成為了TD-LTE和LTE-Advanced技術(shù)中一個規(guī)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(biāo)是要提供更寬的頻帶，實現(xiàn)高達(dá)1Gbit/s的更高數(shù)據(jù)速率。不過一些領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊也在開發(fā)多至8×8的MIMO。”Suh指出。

問題：規(guī)范狀態(tài)

當(dāng)前的測試需要考慮許多還未完稿和批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。作為MIMO LTE-Advanced驗證過程的一部分，CTIA、國際無線通信產(chǎn)業(yè)協(xié)會正在進(jìn)行參考天線測試。CTIA采用已知好的設(shè)備和不良設(shè)備進(jìn)行測試設(shè)備的比較。

“這些已知好的和已知不良的設(shè)備將被分發(fā)出去，以便CTIA能夠驗證人們獲得的結(jié)果是否跟期望的一致，以后會有許多這方面的工作。”Spirent公司的McKernan表示。

TD LTE MIMO也在持續(xù)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頻段中會發(fā)生一些變化。全球的運(yùn)營商特別是中國運(yùn)營商將考慮采用TD LTE，因為這種技術(shù)具有不對稱地分配頻譜或分配容量的優(yōu)勢。

在無線局域網(wǎng)(WLAN)領(lǐng)域，Wi-Fi聯(lián)盟基本上確定了哪些MIMO版本是強(qiáng)制性的，哪些版本是可選的。對于最新的WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11ac來說，測試3×3正在成為許多芯片組供應(yīng)商面臨的強(qiáng)制要求。“3×3肯定是最新WLAN標(biāo)準(zhǔn)要求的。”國家儀器公司的Lall認(rèn)為，“LTE并不要求8×8，但許多研發(fā)實驗室都開展了這方面的測試。”

一些專家認(rèn)為，802.11ac在2013年底前有可能無法全部完成。安捷倫公司電子測量部LTE市場計劃經(jīng)理Jan Whitacre認(rèn)為，最終定稿至少還要一年。沒有供應(yīng)商建議直到規(guī)范最終定稿才購買測試設(shè)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性的?，F(xiàn)在正是實現(xiàn)測試變化的時候。MIMO的預(yù)期變化已經(jīng)公布好幾年了。在許多情況下，它們最終會或緊急得到批準(zhǔn)。另外，當(dāng)測試公司開發(fā)出測試設(shè)備來解決已知或計劃的變化時，設(shè)備或平臺的易用性(針對設(shè)置和使用)得到了大幅簡化。

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(shè)計中準(zhǔn)備好了滿足面向未來實現(xiàn)的10×10和更高系統(tǒng)的要求。因此，現(xiàn)在購買這類設(shè)備的客戶完全可以在多年后仍滿足變化的測試要求。

“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(kuò)展到20×20也沒有技術(shù)方面的限制，而10×10系統(tǒng)我們肯定已做過測試。”

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