检验实际的WiMax MIMO测试

随着台湾都会区域Wi-Fi项目纷纷取消，WiMax开始成为众人注目的焦点。WiMax能够克服都会区域和长途应用中Wi-Fi的所有缺点，业界已有多家芯片供货商提供了WiMax芯片解决方案，除此之外，多家业者早已投入巨资以促进WiMax产业发展。
尽管最近有大量新闻报导基础建设的准备工作有所延迟，但WiMax设计似乎仍不断地向前发展。而且大多数设计是依据Wave-2规格，采用多输入多输出(MIMO)实现方案。

MIMO和WiMax结合后可提供更高的数据传输速度，然而却增加了混合设备的软硬件复杂性。设计面临的挑战将是在充分发挥MIMO优势的同时降低成本。该成本不仅是材料清单，还包括了设计兼容性、可靠设备和量产这些设备的相关费用，以及错失市场相关的机会成本，而开发测试和制造测试的影响也成为WiMax发展成败的因素。

在无线通讯和网络联机等竞争激烈的市场中，上市时间至关重要。错失一个月的市场机会就可能损失一半的期望收益。因此开发必须以极快的速度完成，最终产品必须在第一次就开发成功，制造也必须相当精确，制造缺失必须在产品推出前被发现，而测试成本不能影响到未来在需求降低或利润削减时的产品定价。当系统变得越趋复杂，开发测试和制造性测试必须同时达到较为严苛的兼容等级，这听来确实不可置信。

还记得多径天线接收问题吗？一个波直接到达接收天线，另一波从墙上反弹回来，这两个波有可能形成建设性的合波还是破坏性的干扰呢？不管在哪种情况下，波的幅度不是上升就是下降，因而影响讯息噪声比(SNR)和误差率(BER)。相反的，MIMO则利用了多径讯号好的一面。

MIMO将一个宽带讯号分成两个平行的位串流，每个位串流透过独立的射频天线发送。在无线通道的另一端，用两个接收机和天线接收讯号，施以高度发展的数字讯号处理，独立位串流被复原并组合起来形成原始的宽带讯号。

这两个讯号使用相同的信道，然而这被结合后的宽带讯号却具有比原先多上2倍的位速率，换句话说，无需增加通道频宽就可以将数据传送速度最多提高到2倍。依此类推，每端使用三个接收机和三副天线就可以将数据传送速度提高到三倍；四个接收机和四副天线可以提高到四倍。Wave 2 WiMax规格最多可实现4x4的架构。

实际使用时可能无法达到这些最大值。例如3x3的架构所提供的速度可能稍高于2x2，但即使这样也还取决于大量外部因素。尽管如此，MIMO确实无需增加通道频宽就能有效地提高吞吐量。

OFDM和EVM

在MIMO之前已有另外一种创新的方法可实现在一个无线载波上传送更多的位，这就是正交频分多任务(OFDM)。OFDM使用先进的调变技术在载波频宽内产生正交(非干涉)子载波，每个子载波都能发送数据，这个概念有点类似于将射频载波做成平行的数据总线。事实上，Wi-Fi和WiMax其实都使用了不同形式的OFDM技术，然而OFDM需要使用创新的测试方法，传统的功率计和频谱分析仪无法跟上这个速度。

正因为如此，业界导入了误差向量幅度(EVM)的概念。从质量上来看，EVM代表的是误差向量，定义为测量讯号与讯号群中理想无误差点之间的差异。

EVM撷取讯号，并提供大量的分析，可取代一连串的增量型测量而不会影响测试完整性。我们经常发现，在传统测试时，能满足功率频谱密度规格的设备，当再使用EVM测试时，将显示出性能不足的结果。

在Wi-Fi MIMO(即802.11n)的开发工作中已经遇到了许多与WiMax MIMO相关的挑战。增加额外无线装置和天线所引起的成本增加可能是线性的，但测试成本不是，它不只是简单的乘法运算，额外的无线装置和电路走线有可能引起更多的干扰。路径长度差异还会造成群延迟，使误差逼近极限。

为了完整地检验设计，验证最坏情况下的结果仍然满足规格要求，应该使测试环境尽可能接近实际，允许那些能影响位错误率的损伤和其它通道干扰的存在。测试系统供货商已经开发出单盒(single-box)测试器，该测试器包含了向量讯号产生器(VSG)、向量讯号分析仪(VSA)以及测试算法，可充分发挥EVM的优势。这种盒子不仅适用于开发测试，经过少许修改还能用于生产测试。但在3x3 MIMO设计中，必须对三对发送器接收器进行评估，而且每对收发器必须同时被启动。

LitePoint公司已开发出生产测试解决方案，透过将IQmax 500改造成更适合生产使用的IQmax 100，并将它与IQfact特定芯片软件整合，该方案结合了通用平台的优点以及研发测试。

图：WiMAX使用不同形式的OFDM，需以创新方式来测试宽带讯号，因为宽带讯号被划分成两个讯号并透过Tx1和Tx2发送。

Onno Harms
WiMax测试解决方案产品经理
Rob Brownstein
MR&C副总裁
LitePoint公司