复杂的无线标准为仪器行业带来挑战

　　以前，RF测试相对简单。你可测量发射器的功率输出，借助频谱分析仪侦测噪声。在接收器端，则测量噪声和灵敏度。不幸的是，这些轻松的日子一去不复返了。 

　　随着先进数字调制方法及软件定义无线通信架构的引入，如今无线电通信技术已变得越来越复杂，它们以数字信号处理、I/Q信号链、多输入/多输出(MIMO) 以及其他先进技术为特点。另外，不应忽视为满足管控规约和互操作性需要必须对这些复杂通讯协议进行的测试。最重要的，操作频率持续飚升，在冲击着现有设备的极限以及工程预算。 

　　庆幸的是，测试仪器制造商并非束手无策。所有主要的制造商都在提供工作频率更高的仪器。另外，它们提供的软件和硬件可自动完成许多测试，无论是测试新Wi-Fi 802.11n路由器或WiMAX基站上的MIMO、还是评估新芯片是否满足新的4G长期演进技术（LTE）手机标准的要求。最新发布的特色产品大多都是用于测试LTE和最新的HSDPA3G以及带有MIMO功能的WiMAX等技术的。 

新标准拓展了技术疆域 

　　如今，LTE和WiMAX已经是万众瞩目的技术。LTE就是4G手机技术，它是第三代伙伴计划（3GPP）开发的。虽然并未最终完成(有望在今年下半年获最终批准)，但其影响足以使芯片和硬件设备制造商长期努力地测试和评估这些新产品。 

　　目前AT&T、T-Mobile和许多欧洲电信运营商使用的是3G WCDMA和HSPA技术，而LTE标准是下一个发展阶段。同样，Verizon也将LTE选为其4G标准，而没采用Qualcomm开发的超移动宽带（UMB）方案。 

　　当然WiMAX技术是由IEEE进行标准化的宽带无线技术。有固定(802.16d-2004)和移动(802.16e-2005)两种版本。主要应用于宽带无线因特网接入服务以与有线电视和DSL竞争。但诸如手机及其它回程系统也在变得流行。 

　　一些专家认为WiMAX移动技术也是提供4G手机服务的强有力竞争者。借助网络电话技术(VoIP)，WiMAX会与LTE争夺市场。但目前仍未见胜负。许多业内人士认为LTE会胜出，而WiMAX会蚕食局部特定市场。总之，两种技术都相当复杂。 

　　每种标准都采用了正交频分复用(OFDM)和正交频分多址接入(OFDMA)技术。另外，每种标准都提供MIMO选项来扩大覆盖范围、提升数据传输速率和可靠性。MIMO是一种多射频多天线技术，这种技术在带宽上传输编码的并行数据流来提升数据传输速率及减缓多通道干扰。测试这些技术已成主要挑战。 

测试仪器解决测试难题 

　　仪器巨头安捷伦科技公司在今年2月巴塞罗那的全球移动通信大会和4月美国拉斯维加斯的美国无线电通信展会（CTIA）上推出了一系列无线测试产品。例如，其配合安捷伦Infiniium示波器和MXG信号发生器、用于WiMAX Wave 2测试的最新测试软件等。 

　　另外，安捷伦的单体全自动E6651A WiMAX Wave 2 MIMO测试仪可执行一致性测试、辐射性能测试、端对端数据传送、网络接入/数据连接（图表1）等功能。N8300A无线网络测试装置可提供对WiMAX Wave 2的制造测试进行快速准确的测量。 

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E6651A WiMAX Wave 2 MIMO测试仪 

　　还有用于WiMAX除错的J7910A信号分析仪。安捷伦还与WiMAX芯片组制造商Beceem和Sequans合作为一致性和互操作性验证提供测试方案。 

　　安捷伦在LTE领域的工作包括一些基于Agilent E6620A无线通信测试装置的LTE协议开发方案（图表2）。它具有Anite SAT LTE协议开发工具集的特点。该方案旨在为处在LTE手机早期协议设计阶段的工程师提供帮助。 

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Agilent E6620A无线通信测试仪 

　　J7910A实时信号分析平台是另一款LTE产品，也是唯一一款用于千兆位以太网分析的集成高密度方案。安捷伦也为其MXA信号分析仪和MXG矢量信号发生器开发了相应的LTE矢量信号分析软件。 

　　最后，安捷伦公司有用于无线测试和评估的接收器产品线。拥有6 款型号的W1314A系列产品，涵盖了所有相关RF频段和无线技术，如GSM、WCDMA、cdma2000、EV-DO、iDENHE 和WiMAX（包括移动版）。 

　　这些接收器通过迅速确认覆盖范围和干扰问题，能够让网络设备制造商和运营商高效部署、优化和检修他们网络中采用的所有技术。可对任何支持的无线频段采用频谱分析。接收器配有高灵敏度GPS接受装置，确保准确地报告定位和测试数据。 

　　Anritsu 以其与其MS269XA信号分析仪（图表3）配套工作、用于LTE的三个软件简化了测试。这三个软件包分别是：MX269020A TE下行链路测量软件、MX269021A LTE上行链路测量软件和MX269908A LTE IQ 生成器软件；它们全有助于确保LTE设备的兼容性。 

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MS269XA信号分析仪

　　MX269020A和MX269021A主要是测量频分双工(FDD)模式下3GPP LTE的发射特性。两个软件包包括一些专门特性，如一个滚动的快速傅立叶变换(FFT)分析窗口以提供测试灵活性和用户定义的参考信号。 

　　MX269908A生成兼容3GPP LTE的波形模式文件。这些文件可以通过MS269XA的备选信号发生器以RF信号形式发射输出以检测RF接收器特性及进行发射和接收器评估。可创建用户定义参考信号并将其整合进波形文件进行发射。 

　　为提高LTE基站、移动终端和相关器件的测试效率，所有这些产品都经过了长期完善。软件直接安装在MS269XA分析仪上，在测试设置时省去了外接电脑。 MS269XA有几款不同频率范围的型号，起始频率是50 Hz、最高频率分别到6、13.5和26.5 GHz。起步价格为34,000美元。MX269020A 和MX269021A都是17,212美元。MX269908A是5164美元。 

　　Anritsu 的MS271xB经济型频谱分析仪有多款型号，最高频率分别为7.1、13和20 GHz。其特殊的解调电路和预写入测试程序包适用于多种流行的无线和定点技术，如：WiMAX、 WCDMA 和HSDPA、cdmaOne、cdma2000、EVDO以及GSM/GPRS/EDGE。 

　　所有这些型号具有10MHz带宽和100dB的动态范围。它们支持13种无线测试选项从而减少了生产测试成本。零档位功能的数字时间指示器使用户可以更高精度测试RF功率与时间的关系。时间指示器功能现在是滚动式的，另外：测量速度、远程I/O数据传送及按键反应时间都快得多。 

　　就创建自动测试来说， National Instruments的LabVIEW 提供了MS271xB可编程测试功能，它支持用高级语言简易地编写测试程序。所有产品都有256Mbyte和2Gbyte的USB闪存驱动器、以太网和 USB2.0接口。7.1GHz版和20GHz版的美国本土售价分别为12,950美元和19,959美元。 

　　Anritsu 的MG37020A微波信号发生器是为防御信号模拟和制造自动化测试设备（ATE）应用内的自动化测试系统开发的，其中，最短测试时间和最大吞吐量至关重要。应用包括天线测试、卫星有效载荷测试和陆地微波链路测试。 

　　MG37020A 的关键指标是其100?s的快速频率转换速度。这种基于钇铁石榴石 (yttrium-iron-garnet)材料发生器的频率范围在10 MHz 到20 GHz、变频步幅为0.001Hz；在10 GHz以上，具有–101 dBc/Hz±10 kHz的低相噪。另外，它基于Windows XP操作系统、带有彩色触摸屏。接口有USB 2.0、以太网、IEEE-488 GPIB和RS-232。 

　　Azimuth Systems是最早开发硬连线RF频道仿真器以测试无线系统的公司之一。该公司的最初努力是致力于解决Wi-Fi测试，目前，其发展对802.11n Wi-Fi产品的测试起着至关重要的作用。现在，Azimuth的ACE MX频道仿真器用于测试LTE、WiMAX (包括未来的802.16m标准)以及UMB（图表4）。 

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Azimuth的ACE MX频道仿真器 

　　该仿真器满足复杂的4G智能天线要求，包括MIMO和波束成型方法。ACE MX覆盖了400 MHz 到 6 GHz范围。具有可升级的MIMO配置并同时支持频分双工(FDD)或时分双工(TDD)模式下的单向或双向操作。它几乎可以测试所有工作在新 700MHz的新产品。 

　　Keithley公司借助其2920矢量信号发生器(VSG)生成OFDM信号作为测试输入信号来解决MIMO测试问题。通过使用其它VSG，用户可以在同一个频率上生成两、三或四个带有不同数据的附加信号来生成最终MIMO信号。需采用 Keithley的2895 MIMO同步单元来协调输入并生成最终MIMO输出（图表5）。 

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Keithley的2895 MIMO同步单元 

　　在信号链的接收端，Keithley的2820矢量信号分析仪（VSA）处理信号的接收和还原。它利用该公司开发的MIMO信号分析软件对信号进行还原、测量和显示。且4台VSG和VSA可以一起使用。此外，可支持多达4x4 (如：2x3、4x3、2x1)的MIMO配设。 

　　Keithley 的920 VSG可以生成10 MHz 到6 GHz信号。可选的任意波形信号发生器（AWG）能让用户生成GSM、EDGE、WCDMA和cdma2000、单输入/单输出(SISO)无线局域网 (WLAN)、苛刻的40MHz带宽的802.11n Wi-Fi及WIMAX信号。2920还可作为单体测试单元出售。 

　　同时，2820 VSA可接收高达6GHz信号。其带宽是40 MHz。它可接收、分析并显示大多通用无线标准信号，如先前讨论2920时提到的各标准以及SISO和MIMO。 

　　为在MIMO测试系统中使用这些测试仪器，需要借助2895 MIMO同步单元，2895可同步所有VSG和VSA。它为全部测试单元提供一个公共本地振荡器(LO)输出及一个100MHz数字时钟和触发信号以同步用于选定MIMO配置的所有设备。基于PC的MIMO信号分析软件借助可达4x4的MIMO以帮助用户测试和测量全部标准。 

　　2920 VSG的起价为17,500美元，2820 VSA是22,500美元。2895 MIMO同步单元是9,900美元，MIMO信号分析软件为9,500美元。 

　　Rohde & Schwarz公司也在提供几款新的LTE、WiMAX和MIMO产品。可测试3GPP LTE、WiMAX、802.11 Wi-FI和HSPA+的这样一整套2x2 MIMO测试系统包括了SMU200A RF信号发生器和AMU200A基带发生器以及衰减模拟器(如图6)。这套测试设备可以实时测量所有4个传播通道的信号衰减。 

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R&S的2x2 MIMO测试系统

　　一个典型MIMO系统采用带两个信号发射和两个接收器的2X2格式。测试设置需要两台信号发生器和一台信号衰减模拟器。R&S公司提供一种选择，它允许用户使用单一测试仪器对2x2 MIMO接收器进行测量。发生器可以配备一个内部衰退模拟器和两个RF信号源、两个基带信号源。如果配备这些选项，测试仪器可模拟所需的4个衰减频道。 

　　R&S公司的SMU200A/AMU200A组合测试仪带有可选固件。它增加了用于3GPP LTE、可针对最多4条信道的频道编码和MIMO预编码。借助它，用户不再需要外部信号衰减硬件或控制软件，就可以测试3GPP LTE移动设备。 

　　因信号发生器提供兼容3GPP TS 36.211标准的信号，我们可以测试RF的所有功能。这需要其他仪器或外部PC来计算信号。SMx-K55软件是R&S SMU200A和其他R&S发生器的另一个选件，它能提供上/下行链路的测试功能。 

　　尽管LTE协议很复杂，但R&S的CMW500 LTE协议测试仪可以让用户轻松地测试基站和手机（图表7）。其频率最高达6 GHz、带宽是40 MHz。它极大便利了一致性、性能和互操作性测试。全套测试软件工具和测试程式大大降低了LTE开发难度。 

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R&S的CMW500 LTE协议测试仪 

　　就WiMAX 测试方案来说，R&S的CMW270通信测试仪可仿真基站。它把信号发生和信号分析功能集成到一台设备中，是实现芯片组和移动基站测试的极佳方案。它支持802.16e 移动WiMAX标准、覆盖100 MHz到6GHz频段。它还支持WIMAX论坛定义的全部RF规范。 

　　泰克公司（Tektronix Communications）最近发布了一些LTE和WIMAX测试平台。例如，其G35全面网络管理和诊断方案涵盖了所有协议层面和物理接口，包括无线和固定线路接口(图表8)。它包含G35-LTE功能和负载测试平台及NSALTE可升级平台，可进行监控、除错和优化。 

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泰克的G35 

　　Tektronix也推出了G35的WiMAX版本。WiMAX 论坛最近选用该版本，作为其全球WiMAX认证测试实验室用于测试WiMAX网络节点互操作性的方案。 

　　尽管Tektronix的H600 RFHawk并不是LTE和WiMAX测试产品，但这款手持数字RF信号捕捉器可用于监视和安保市场（如图9）。其接收器具有带一组直观用户控制功能的高性能频谱分析仪，允许用户快速简单地对模拟和数字RF发射进行分类和定位。 

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Tektronix的H600 RFHawk 

　　搜寻和定位那些非法滥用射频频率的无线电发射器是一项具有挑战性的工作，尤其是在迫切需要降低风险和快速反应的场合。许多隐蔽的信号通过隐藏于合法信号发射源来逃避侦测。RFHawk的开发就是要满足客户对快速发现和定位非法模拟和数字RF发射源这一要求的。 

　　其频谱图模式能够让客户通过基于快速傅立叶变换的频谱分析看到真实的信号形态。RFHawk使用称为频谱关联分析的DSP技术来深入到信号内部频率来发现数字信号的符号速率和其它重复内部速率从而辨别出有效信号。