迎接无线通信测试的挑战

　　摘要：无线通信技术正从以语音通信为主快速发展为以数据通信为主，引入WiFi、WiMAX、3G和LTE中的很多新调制机制，所有这些都对射频测试系统提出了新的要求。

　　引言

　　无线通信的市场需求不断增长，同时，其应用领域也逐渐转向数据密集型应用，例如网页浏览和视频播放。消费者总是希望能够拥有更高的无线通信带宽，而服务提供商则希望销售除语音之外的高附加值数据服务。为了支持这些新的消费需求，支撑语音和数据服务的底层技术不断发展，这些应用需要较高的传输速率，这为人们使用有限的频谱提出了新的方式。

　　在有限频谱容量下，数字无线技术得到了快速发展以应对这些市场需求。随着信号带宽的提高，人们开始使用更加高效的调制类型和数字编码方式，并采用新的传输方法，如MIMO（多入多出）技术，进一步提高数据速率。这些方法具有更高的测试复杂性，对测试工程人员提出了巨大挑战。本文将重点论述射频测试的需求和相应的挑战。

　　射频测试的挑战

　　无线通信领域最明显的发展趋势可能是从单载波调制向OFDM（正交频域调制）技术的转换，以及从简单的SISO（单入单出）结构向复杂的MIMO结构的转换。单载波调制方式在一路频率载波上每次只能传输一个数据符号。为了提高这类调制方式的数据速率，人们提高了数据传输的符号速率。但是，随着符号速率提高，诸如多路径衰减之类的问题凸显出来，尤其是在高移动性的应用中。OFDM调制技术采用多路载波，在所有载波上并行传输数据。这种方式允许每路载波上具有较低的符号速率，减少了诸如多路径衰减之类问题的不利影响。

　　OFDM调制需要在移动设备中采用更高级的DSP技术。随着DSP技术的发展，目前我们可以比较合理的成本和功耗在移动设备中实现这种层次的性能。OFDM调制技术已经在WiFi、WiMAX领域得以应用，并将在即将推出的LTE（长期演进）标准中用于移动电话的通信。

　　无线通信设备的制造商在射频测试领域面临着诸多挑战。其中最主要的挑战就是从简单的SISO结构转向复杂的MIMO结构。目前的无线通信设备采用的是一个发射器对应一个接收器的SISO结构，只能在一个数据通道上传输信息。例如，在一般的WiFi配置中，任意时刻只使用一套无线装置和一个天线。天线不断切换搜寻最佳的信号通路，每次只有一路数据流和一个数据通道。

　　这种每次只能发送一个数字符号的单载波技术正逐渐转向可同时发送几百个符号的新方法。这一转变归因于消费者对更多类型移动服务的需求，以及实现高带宽宽带无线系统所需的DSP技术成本的降低。

　　MIMO技术大大提高了频谱效率，但是随着频谱效率的提高，系统的复杂性也随之增大。MIMO技术采用多路无线载波传输更多的信息，通过在占用相同带宽的同一信道上传输所有信号的方式提高频谱效率。目前这一技术可应用于多种商用通信设备中，如手机、PDA和笔记本电脑等。

　　MIMO的测试面临多个重要挑战。其中之一是能够支持的空间码流数量。例如，无线LAN（WLAN）和长期演进（LTE）都支持四路码流的配置结构，目前采用矩阵A和B配置的WiMAX技术支持两路码流。另外一个挑战是如何在不牺牲性能的情况下降低每路码流的测试成本。测试设备的成本很快将会增大，对于MIMO系统的测试尤其如此。

　　另外一个挑战来源于带宽。MIMO信号的测试尤其需要具有较宽带宽的测试仪器。例如，WiMAX和LTE目前有20MHz的带宽需求，WLAN、802.11n有40MHz的带宽。测试仪必须能够执行这些测量操作，同时保持出色的EVM性能。

　　从SISO转向MIMO架构之后，我们就能够使用同样的频谱同时传输多路数据流。这些并行数据流通过在每个天线上传输不同的数据来提高数据传输量，或者在所有天线上传输相同的数据来提高网络覆盖率。

　　改进测试设备应对射频测试的挑战

　　随着无线设备变得越来越复杂，竞争的压力不断增大，利润空间面临着缩小的压力。测试过程更加困难，设备成本也面临着上涨的压力。面对日益缩小的利润率，制造商希望尽可能地降低成本，包括测试设备以及测试工作的成本。无论是生产车间还是研发实验室，都更加需要功能更强、产能更高、易用性更好的高性价比测试设备。

　　下一代测试设备将采用大量独特的工业创新技术。如基于DSP的软件无线电（SDR）架构，能够适应动态无线市场快速变化的测试需求，很容易进行升级，从而延长了仪器的使用寿命。基于SDR的测试仪通过简单的软件升级即可产生或解调调制带宽高达40MHz的任意信号，这对于目前的很多无线设备以及4G LTE和UWB（超移动宽带）等未来的新信号标准都是至关重要的。

　　DSP技术具有出色的性能，为我们提供了精确、可重复的信号，有助于最大限度地减少测量误差。同样，基于DSP的矢量信号分析仪能够测量基于单通道和单符号的低级EVM。