- 兼顧設計制造的MIMO測試選擇
- 采用硬件測試方案
- 利用驅動硬件系統(tǒng)的軟件算法
在電視問世的早期，同樣攜帶了無線電信息的廣播信號也通過多條不同波長的通路被電視機的天線所接收，給人們帶來了很多麻煩。當信號沿著這些通路進行傳輸時，電視天線接收到的信號出現(xiàn)了相位錯位和相互干擾的現(xiàn)象。因此，人們所看到的電視節(jié)目經(jīng)常出現(xiàn)“鬼影”——干擾電視主畫面的一些模糊圖像。
在今天這個數(shù)字化的時代，這一現(xiàn)象已經(jīng)變成了一件有利的事情，但是也帶來了更大的系統(tǒng)復雜性。通過靈活而巧妙地選擇測試工具可以確保這種系統(tǒng)復雜性不會影響設備的功能。
LitePoint公司推出的IQn×n測試系統(tǒng)具有軟硬件相結合的矢量信號生成與分析功能，大大簡化了基于MIMO設備的設計與生產(chǎn)測試。
MIMO技術
目前，在數(shù)字信號處理領域，設計人員通常將寬帶數(shù)據(jù)分離開，通過多對“發(fā)射器-天線”裝置進行傳輸，然后捕獲、分辨并重構出原始數(shù)據(jù)流。這種技術的目的在于采用相同數(shù)量的頻譜實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐率。當前的MIMO（即多輸入多輸出）技術是與移動WiMAX的“第二波”技術浪潮密切相關的。
MIMO是一種比較復雜的技術，因此將其集成到無線系統(tǒng)中面臨著諸多挑戰(zhàn)。目前MIMO規(guī)范支持“m×n”種發(fā)射器（m）和接收器（n）的組合，但是在已有的實際系統(tǒng)中m和n的大小都不超過4。
以黑盒的方式來看，WiMAX設備必須對一定量的數(shù)據(jù)流進行輸入、分離和發(fā)送操作，使得每一個發(fā)射信號都滿足MIMO的頻率、頻譜和其他技術指標。WiMAX設備的接收器必須捕獲復合信號，并對其進行解析以產(chǎn)生分離的數(shù)據(jù)流，然后重構出原始的數(shù)據(jù)流。
WiMAX在很多方面與Wi-Fi是類似的。雖然WiMAX相比Wi-Fi支持更高的數(shù)據(jù)吞吐率和更遠的傳輸距離，但是WiMAX與Wi-Fi一樣，將成為一種具有同等成本與價格的大量市場（mass-market）技術。因此，盡管WiMAX技術比較復雜，但是我們必須加快研發(fā)速度，并盡量降低成本。而且，由于用戶通常對產(chǎn)品質量非常敏感，而對設備價格不是很關心，因此制造測試必須在大量市場成本約束之內保持較高的產(chǎn)品質量。
新型的多通道方案
大多數(shù)工程師都會因為802.11n標準而將MIMO與Wi-Fi聯(lián)系起來。802.11n標準建立在原有的Wi-Fi標準802.11a、b和g之上，確定了一種2×2、20MHz信道MIMO實現(xiàn)方案。該實現(xiàn)方案使用兩個發(fā)射器發(fā)送由一條大數(shù)據(jù)流分離而產(chǎn)生的兩條獨立的數(shù)據(jù)流（空分多路復用）。這些信號通過多條路徑傳送給兩個接收器，然后由接收器重構出原始信號（如圖1所示）。
圖1 對于2×2的系統(tǒng)，MIMO將一個寬帶信號分離成兩個獨立的信號分量
通過使用多路傳輸方式，在每個接收天線上采用空間微分技術，使得DSP能夠進行信號分離并恢復原始的兩路數(shù)據(jù)流。使用相同射頻信道的獨立發(fā)射器，在它們各自的天線上發(fā)送出獨立的數(shù)據(jù)，然后，接收天線匯集所有發(fā)射器的復合信號。通過巧妙設計的MIMO報文和先進的DSP，就可以恢復出獨立的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)速率與發(fā)射器和天線數(shù)量之間具有幾乎線性的關系，速率的提高并不需要增大信道帶寬。
研發(fā)測試
為了實現(xiàn)高效的Wi-Fi MIMO功能，設計者必須采用一種稱為正交頻分多路復用（OFDM）的復合調制技術，開發(fā)出一種能夠產(chǎn)生高質量信號的系統(tǒng)。
MIMO無線架構通常使用零中頻（ZIF），通過同相（I）和正交（Q）調制實現(xiàn)低成本、高效率的OFDM。其中，基帶信號被分離成I、Q分量。在發(fā)射器一側，系統(tǒng)將這些分量直接送入功率放大器和天線，而在接收器一側，系統(tǒng)對射頻信號進行解調，產(chǎn)生基帶I、Q分量。
在理想情況下，這種方案是沒有錯誤的，但是實際上多種因素都將帶來麻煩。I和Q信號之間可能會出現(xiàn)不均衡的幅值、相位或群延遲，從而影響調制的精度。載頻不準確、相位噪聲、本機振蕩器泄漏、寄生干擾和放大器壓縮等都是可能出現(xiàn)的不利因素，因此設計者顯然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
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研發(fā)測試的目的是尋找出這些不均衡的或不利的因素。這些不利因素可能以各種形式表現(xiàn)出來：基帶和射頻芯片性能上的差異、元件容差范圍過大、傳輸線阻抗失配、與PCB布線相關的寄生電容和電感的差異、放大器非線性等。盡管設計者可以通過對信號各個方面的測試進一步處理這些不利因素的來源，但是，這是一件非常費時費力的事情，而且容易導致錯誤和可重復性問題。
對于這種情況，更有效地解決之道是采用系統(tǒng)級的測試方法。在這種方法中，我們可以通過在一次采樣內傳達多種信息的方式，對設計的基帶信號、射頻發(fā)射信號或復合接收信號的多個方面進行采樣，而不再采用一連串采樣的方式。通過這種系統(tǒng)級測試的方法，我們可以更方便地快速分析所捕獲的信號，并找出是哪些不利因素降低了信號質量。
例如，誤差矢量值（EVM）就是一種能夠對捕獲的復合信號進行智能分析的測量手段。EVM能夠直接測量出調制的精度和信號的總體質量，包括幅度和相位誤差，并且能夠即將體現(xiàn)射頻信號失真的所有參數(shù)合成在一個視圖內。
EVM是理想的（即沒有誤差的）信號群判定點與實際的測量信號之間的矢量差。如果副載波出現(xiàn)了偏移或者失真過大以至于影響了調制/解調精度，那么通過信號群的視圖（如圖2所示）就可以立刻反映出來。通過平均EVM信號的dB值與副載波調號之間的關系圖，我們可以發(fā)現(xiàn)一些諸如由群延遲導致的問題。
圖2 Tx1和Tx2的64 QAM數(shù)據(jù)流信號的群視圖，這是一種理想情況，其中調制信號是沒有失真的
如果將矢量信號發(fā)生器（VSG）和矢量信號分析儀（VSA）兩種功能組合在一起構成一套系統(tǒng)，那么采用這種系統(tǒng)就可以產(chǎn)生接收測試所需的典型復合信號，以及發(fā)射測試所需的獨立信號流。這種系統(tǒng)還能夠提供信號的群視圖和其他一些結果，通過較少的測試儀器配置工作就能夠迅速防止某些設計問題。
制造測試
假設試生產(chǎn)的設計徹底地通過了測試與驗證，然后接下來的制造測試就是另外一種完全不同的情況了。這時，我們不再關心如何尋找設計缺陷的問題——假設設計是好的，所有的問題都是由裝配誤差引起的。因此，我們的目標是建立一種快速而全面的測試方案，能夠識別出不滿足某些裝配質量規(guī)范的部件。
制造測試的成本在整個設備成本中只能占一小部分，否則它就會影響產(chǎn)品的定價。由于制造測試的目標是尋找制造缺陷而不是設計缺陷，因此這里所用的測試系統(tǒng)不必像研發(fā)測試中所用的測試系統(tǒng)那樣具有全部的功能。不僅測試目標有所不同，而且測試時間也必須縮短。
在制造過程中，由于群延遲而導致的設計缺陷已經(jīng)得到了確認和解決，因此在制造測試過程中沒有發(fā)現(xiàn)的所有群延遲問題將成為必須查明的制造缺陷。
如果驅動硬件系統(tǒng)的軟件算法能夠反映不同條件下的獨特測試需求，那么采用一套這樣的硬件測試方案就可以同時實現(xiàn)研發(fā)測試與制造測試。利用軟件實現(xiàn)必要的靈活性對于當前的無線市場具有特別的意義。
當前的無線通信標準發(fā)展十分迅速，這要求測試系統(tǒng)非常靈活：硬件系統(tǒng)的功能特征可以通過軟件來定義。LitePoint公司的IQ系列產(chǎn)品就是這樣的一個例子，它在一個公共的平臺上實現(xiàn)了“n×n”的MIMO測試系統(tǒng)，稱為IQn×n MIMO。該系統(tǒng)利用DSP和同步硬件，再配以IQsignal測試軟件，同時滿足了研發(fā)測試和制造測試所需的靈活性，只需要進行少許的軟件切換和I/O改動即可。IQmax MIMO版本還可用于Wi-Fi MIMO系統(tǒng)。
