4G手机研发工程师需要知道的--MIMO OTA

　　刚从EUcap2015回来，给各位写一个个人汇报，顺便聊聊关于MIMO OTA的一些进展与内幕。
　　本文专业性较强，除彩蛋的预告之外，其余部分仅供专业人士阅读、参考。
　　【一】会议介绍：EUCAP
　　一年一度的欧洲天线与电波传播会议(EUCAP)是由欧洲天线与电波传播协会(http://www.euraap.org/)组织的学术会议，欧洲在电波传播有着强有力的研究基础，该会议也就顺其自然地演变成了欧洲各国乃至美国、日本、中国学者在天线设计、电波传播与测量领域进行学术交流的重要会议，汇集了学术界与工业界的各类技术人员。
　　此次EUCAP2015(EUCAP2015.org)于2015年4月12日~17日在葡萄牙首都里斯本召开，共有1019篇文章，其中大部分将被IEEE收录，EI检索。展示了在天线、电波传播与测试领域最新的技术进展，其中不少创新和思想将可能被用于应对未来无线通信系统的挑战。
　　顺便说一下，本次会议有不少华为的文章(http://t.cn/RACdvUz)，而这些文章的作者并不一定是中国人，不少是受雇于华为的德国专家、瑞典专家，我与几位学术界的老外聊，他们告诉我华为目前在科研领域的aggressive，是让他们有些意外的——当然，这些研究很多并不见得在手机领域，手机是个大众消费品，而华为产品其实更多地是在通讯的专业领域发挥作用的。
　　


　　本人在EUCAP2015发表的文章题目为《On the Number of Required Probes for Anechoic Chamber Based Method for MIMO OTA Testing》，演讲题目与文章题目相同，文章与演讲ppt均已上传新浪微盘——后文提到这篇文章的重要性。
　　【二】时间表：学术界与工业界的MIMO OTA
　　我所关注的研究方向，是一种针对多天线及MIMO设备(比如4G手机)的无线性能进行评估的测试方法，即MIMO OTA，对运营商来说，这个测试方法的必要性是用于不同供应商的手机性能排名，尤其是4G下载性能，对手机厂商来说，MIMO OTA测试则是研发人员进行不同基带算法、射频与天线设计方案优化过程中不可或缺的评估方法。
　　历届EUcap是出MIMO OTA文章最多的一个会议，也是欧洲做这个方向的学者、工程师必到的一个会议。
　　该测试方法在学术界已经讨论了将近10年，基本理论已比较成熟——但不意味着有多少人都明白!——国际标准在普通消费者和测试实验室心目中是高大上的，但是在实际制定过程则充满了利益博弈和政治斗争(经过将近五年的漫长等待，3GPP和CTIA到2015年4月为止还没有确定MIMO OTA测试方案的最终版本)。
　　与学术界不同，对于新的技术，工业界逐利的特性决定了一般只有大公司才能开展超越现阶段5~10年的学术研究，一般认为，工业界介入这个MIMO OTA领域的标志是从3GPP或CTIA于2010年前后开始制定相关标准/建议书开始的，而类似前Nokia手机、苹果、LG、三星等手机公司也在此时间前后对这个方法有或浅或深的研究，芯片厂商如高通、intel的研究到目前为止已经甚为深入了。
　　在国内的学术界，同济大学、东南大学、北京邮电大学、北方交通大学都有做信道测量、建模的专家，但在MIMO OTA这个领域，可能会往下做的是北京邮电大学。
　　在国内工业界，目前看，我个人认为华为终端公司可能会率先建立自己的MIMO OTA测试系统，而诸如联想/OPPO/VIVO/酷派/小米/锤子/一加等等，有的公司也在密切关注，有的公司则受资金和条件所限，直接走错到混响室方案，另外还有一些公司的研发人员是根本没有听说过MIMO OTA，上来直接走芯片的参考设计、SISO OTA测单天线TRP/TIS，然后就量产了。
　　目前工业界MIMO OTA标准化的时间表(我的个人估计，仅供参考)：
　　1.预计北美CTIA将于下个月(2015年5月)完成V1.0版本，10月份完成V1.1版本;
　　2.国际3GPP也将于今年年底前完成决议;
　　3.国内的CCSA，即行业标准“终端MIMO天线公共性能要求和测量方法第一部分：LTE无线终端”估计于5月5~7日的TC9全会中讨论形成报批稿，并于今/明年开始推荐执行。(有进一步进展 ，我将随时在微博更新、通知)
　　【三】内幕： MIMO OTA的核心在于信道(信道仿真器)，而非暗室(系统集成商)
　　MIMO OTA的系统集成商，指的是最终把测试仪器、软件、系统安装好提供给测试实验室的公司;通常，由系统集成商所提供的测试系统都是为第三方实验室(如SGS/摩尔实验室等)经营测试业务[赚钱]服务的，操作人员并不需要太多的基础知识，但对MIMO OTA来说,有一个比较悲惨的情况就是，如果缺少必要的基础知识，实验员甚至很难确定自己的测试系统是否在正常工作……
　　作为系统集成商，常年活跃在CTIA(一个以北美运营商为服务对象的产业联盟组织)的美国ETS-Lindgen和法国SATIMO(隶属MVG集团)在过去10年的SISO OTA测试系统发展过程中积累了自己的庞大用户群，这些用户涵盖了高校、手机厂商、天线厂商、方案商、第三方测试实验室、运营商等等关注手机性能的产业链上下游。
　　这个现状，给本来就较为复杂的MIMOOTA技术的推广带来了弊端。真相是：MIMOOTA的真正核心在于信道，所以信道仿真器厂家(或研究人员)掌握了核心技术，但他们缺乏号召力，不得不听命于系统集成商——而大多数关注MIMO OTA的技术人员最先接触的是系统集成商(ETS/SATIMO)，而ETS/SATIMO并不希望把这个真相传递给最终用户——好比你是卖组装车的，你最怕的就是别人把部件分开来看你的成本价，所以要显得你有价值，就必须得说“发动机并不重要，重要的是如何把整体零件组装在一起发挥最大效用，组装，这是个技术活，是最最重要的，其他都是浮云!” 所以在后续所有销售及售后活动中，发动机的设计与参数都被屏蔽掉了，以至于你只需要了解怎么握方向盘就可以了——这在汽车销售、使用过程中也许是可行的，但是对于手机的研发人员或MIMO OTA科研人员而言，就完全不是这么回事儿了!
　　从CTIA到3GPP，以及目前所有MIMO OTA商用系统集成商(除我们的合作方以外)，均称测试系统需要有8个及以上探头，但我在此次文章中解释、理论论证并通过实际测试证明了这个观点是错误的，也即我们用4个探头就能够达到8个探头的效果。
　　如前所述，作为系统集成商的ETS/SATIMO自身在核心技术(信道)上是没有积累的，而且软件测试的中间环节也无法开放给研究者，因此高校是应该自己来搭建系统从底层进行研究的，比如丹麦Aalborg大学，芬兰AALTO大学。
　　


　　右下角图线是同一款手机的三次测试，绿色线测于2015年4月18日ABP实验室，红色实线测于2014年ABP实验室(但系统并不完全相同)，蓝色实线测于2014年另一实验室。
　　三根曲线的在90%TP处的差异小于0.5dB，证明目前测试系统和终端性能均稳定、可靠。