眾所周知，無線通信標(biāo)準(zhǔn)在不斷演進(jìn)，以提供日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐能力。數(shù)據(jù)速率的提高主要是通過協(xié)議物理層的增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)的。這些增強(qiáng)一般都需要幾年的時(shí)間，這使得我們能夠同時(shí)展望未來的通信系統(tǒng)和RF測(cè)試要求的變化。目前最熱門的兩個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)是無線局域網(wǎng)(WLAN)產(chǎn)品領(lǐng)域的IEEE 802.11ac和蜂窩通信領(lǐng)域的3GPP LTE-Advanced。
IEEE 802.11ac是一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)更高吞吐能力的無線連接而設(shè)計(jì)，與基于IEEE 802.11a/g/n的當(dāng)代Wi-Fi產(chǎn)品相比，具有更多的MIMO通道、更高的帶寬和更高階的調(diào)制類型。我們將研究的一些關(guān)鍵的IEEE 802.11ac規(guī)范采用8x8多輸入多輸出(MIMO)天線技術(shù)、160MHz通道帶寬和256狀態(tài)正交調(diào)幅(256QAM)。
同樣，LTE-Advanced是3GPP LTE規(guī)范的演進(jìn)版本，它具有各種還包含更多空間流和載波聚合技術(shù)的增強(qiáng)功能。目前新設(shè)計(jì)的LTE網(wǎng)絡(luò)基于3GPP發(fā)行版8規(guī)范，而LTE- Advanced則基于3GPP發(fā)行版10規(guī)范，其增強(qiáng)功能很有可能作為現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的未來升級(jí)而提供。LTE-Advanced的主要細(xì)節(jié)包括使用 8x8 MIMO技術(shù)和載波聚合技術(shù)，從而使用多達(dá)100 MHz的通道帶寬。
本文將探討這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層特性，并介紹高數(shù)據(jù)速率是如何實(shí)現(xiàn)的。我們還將討論更多的空間流、載波聚合和更高階的調(diào)制方案如何直接轉(zhuǎn)化成更高的數(shù)據(jù)吞吐能力。最后，我們將討論每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層演進(jìn)給當(dāng)前RF工程師帶來了怎樣的新測(cè)試挑戰(zhàn)。
不斷增加的空間流
第一個(gè)無線通信標(biāo)準(zhǔn)為提高數(shù)據(jù)速率而引入MIMO天線技術(shù)已經(jīng)有五年多了。在MIMO以前，一般將香農(nóng)-哈特利(Shannon-Hartley)定理作為給定數(shù)據(jù)通信通道的理論數(shù)據(jù)吞吐能力的模型：
容量=帶寬×log2(1+SNR)
根據(jù)該定理，通過影響通道帶寬或信噪比(SNR)可以提高特定通道的數(shù)據(jù)速率。不過具有多個(gè)空間流的MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)卻允許背離香農(nóng)哈特利定理。在 2x2 MIMO系統(tǒng)中，在同一物理通道中使用兩個(gè)獨(dú)立的空間流能夠有效地使數(shù)據(jù)速率達(dá)到傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)的應(yīng)有數(shù)據(jù)速率的兩倍。相應(yīng)地，4x4 MIMO通道可以實(shí)現(xiàn)4倍的數(shù)據(jù)速率，8x8 MIMO通道則可以實(shí)現(xiàn)8倍的數(shù)據(jù)速率。
目前，IEEE 802.11ac和LTE-Advanced等新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)不斷地使用更多的空間流來提高數(shù)據(jù)吞吐能力。比如，Wi-Fi的前身IEEE 802.11n采用復(fù)雜的4x4 MIMO配置，新一代802.11ac采用8x8 MIMO配置。從LTE到LTE-Advanced的蜂窩通信技術(shù)的演進(jìn)將帶來同樣的變化。目前的LTE規(guī)范可以實(shí)現(xiàn)4X4 MIMO下行鏈路通道，而LTE-Advanced則支持8x8 MIMO下行鏈路通道。除IEEE 802.11ac和LTE-Advanced之外，我們將看到這一趨勢(shì)將繼續(xù)向前發(fā)展。有關(guān)16x16 MIMO系統(tǒng)的研究已經(jīng)開始進(jìn)行，未來有一我們會(huì)看到16x16 MIMO系統(tǒng)(這取決于研究的結(jié)果)。
對(duì)于新一代基于MIMO的通信系統(tǒng)的測(cè)試工程師而言，根據(jù)歷史事實(shí)，使用傳統(tǒng)儀器很難滿足多端口MIMO測(cè)量的同步要求(如果這些要求并不是無法滿足的話)。如今，PXI儀器的模塊化和軟件定義架構(gòu)可以為工程師提供測(cè)試新一代無線標(biāo)準(zhǔn)所需的靈活性。比如，在典型的PXI系統(tǒng)中，只需在同樣的主機(jī)中增加更多的PXI下變頻器和數(shù)字化器，4通道RF信號(hào)分析儀就可以升級(jí)到8通道RF信號(hào)分析儀。
