眾所周知，無線通信標準在不斷演進，以提供日益增長的數(shù)據(jù)吞吐能力。數(shù)據(jù)速率的提高主要是通過協(xié)議物理層的增強實現(xiàn)的。這些增強一般都需要幾年的時間，這使得我們能夠同時展望未來的通信系統(tǒng)和RF測試要求的變化。目前最熱門的兩個無線標準是無線局域網(wǎng)(WLAN)產(chǎn)品領域的IEEE 802.11ac和蜂窩通信領域的3GPP LTE-Advanced。
IEEE 802.11ac是一個新標準，該標準針對更高吞吐能力的無線連接而設計，與基于IEEE 802.11a/g/n的當代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制類型。我們將研究的一些關鍵的IEEE 802.11ac規(guī)范采用8x8多輸入多輸出(MIMO)天線技術、160MHz通道帶寬和256狀態(tài)正交調幅(256QAM)。
同樣，LTE-Advanced是3GPP LTE規(guī)范的演進版本，它具有各種還包含更多空間流和載波聚合技術的增強功能。目前新設計的LTE網(wǎng)絡基于3GPP發(fā)行版8規(guī)范，而LTE- Advanced則基于3GPP發(fā)行版10規(guī)范，其增強功能很有可能作為現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡的未來升級而提供。LTE-Advanced的主要細節(jié)包括使用 8x8 MIMO技術和載波聚合技術，從而使用多達100 MHz的通道帶寬。
本文將探討這兩個標準的物理層特性，并介紹高數(shù)據(jù)速率是如何實現(xiàn)的。我們還將討論更多的空間流、載波聚合和更高階的調制方案如何直接轉化成更高的數(shù)據(jù)吞吐能力。最后，我們將討論每個標準的物理層演進給當前RF工程師帶來了怎樣的新測試挑戰(zhàn)。
不斷增加的空間流
第一個無線通信標準為提高數(shù)據(jù)速率而引入MIMO天線技術已經(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。不過具有多個空間流的MIMO系統(tǒng)的設計卻允許背離香農(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獨立的空間流能夠有效地使數(shù)據(jù)速率達到傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)的應有數(shù)據(jù)速率的兩倍。相應地，4x4 MIMO通道可以實現(xiàn)4倍的數(shù)據(jù)速率，8x8 MIMO通道則可以實現(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準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的蜂窩通信技術的演進將帶來同樣的變化。目前的LTE規(guī)范可以實現(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將繼續(xù)向前發(fā)展。有關16x16 MIMO系統(tǒng)的研究已經(jīng)開始進行，未來有一我們會看到16x16 MIMO系統(tǒng)(這取決于研究的結果)。
對于新一代基于MIMO的通信系統(tǒng)的測試工程師而言，根據(jù)歷史事實，使用傳統(tǒng)儀器很難滿足多端口MIMO測量的同步要求(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可以為工程師提供測試新一代無線標準所需的靈活性。比如，在典型的PXI系統(tǒng)中，只需在同樣的主機中增加更多的PXI下變頻器和數(shù)字化器，4通道RF信號分析儀就可以升級到8通道RF信號分析儀。
