江南平台手游MIMO及其对无线局域网产品出产测验的影响

　　多路输入多路输出(MIMO)技能作为一种要害的功用增强技能至今已在WLAN(802.11)体系中运用五年多了。您或许会问，“MIMO体系到底有什么新颖之处，值得咱们如此热烈地评论?”

　　答案就在于无线视频。无线视频正敏捷地驱动MIMO体系进入平板电脑和其他移动渠道，并正在把WLAN体系的功用面向一个新的高度。用户也等待依据WLAN技能流通、牢靠的视频传送。WLAN以往的运用首要是根本的数据传输(电子邮件、网上冲浪、文件传输等)，可是视频传送是彻底不同的运用，视频传送需求低延时和安稳高速的数据速率来确保图画的流通。

　　当今，很多的设备正在运用802.11MIMO体系进行视频传送。典型的运用有平板电脑、笔记本电脑、乃至是智能手机与智能电视的无线MIMO体系正日益广泛地被用于家庭影音环境，比如说：将视频内容从一部数码录像机(DVR)传输到电视机或电视机顶盒。这种传输办法的优点是能防止特其他线路衔接和杂乱的设备进程。

　　* AirPlay Apple公司的专利技能，能由智能手机或平板电脑向衔接 Apple TV设备的电视机传送视频、音频和图片。

　　* WiFi Direct 与 Miracast类似的、能整合视频和音频信号的点对点无线以上体系都支撑此协议。

　　正是因为上述规范化作业的展开，用MIMO技能增强的802.11技能正在敏捷成为移动设备和固定设备之间传送高清视频内容的根本技能。

　　MIMO技能能用于优化无线体系的要害功用。依据不同的施行办法，它能改善以下三种体系功用中的恣意一种：

　　体系规划者可挑选在献身一个参数功用(如牢靠性)的前提下充沛优化另一个参数(如吞吐量)，或许以较低的程度对悉数参数(如吞吐量和牢靠性)进行优化。

　　图1中假定有一个最佳的高频谱效益MIMO信道(一个具有奇特值平整散布特性的信道矩阵)，咱们发现，MIMO体系能以低得多的单位信息接纳能量取得较高的频谱效益。

　　此图对四种不同MxM值的MIMO(多路输入多路输出)体系进行了比较，并假定选用了有奇特值平整散布特性的信道矩阵(材料来历：MIT Lincoln Lab Journal，2005年第15期)。

　　MIMO技能施行时，用户可运用较高阶数的体系(如更多的发射机和接纳机)以进步掩盖规模、牢靠性和处理才干(bits/sec/Hz)。当然，这一般会需求更多的天线安置空间以及更大的能耗。

　　在图2中您将注意到跟着MIMO阶数的进步，体系的数据处理才干(bits/sec/Hz)变得更大，这意味着更高的数据传输速率，或许可添加更多的用户数量。其他，图中也能够看出，数据容量的显着进步产生在1级无线级无线设备的进程中，之后，数据容量的进步速率逐步下降。

　　调查当时市场上已有的WLAN MIMO技能解决计划后，咱们将发现智能手机和更小型化的移动设备简直都是单一输入与单一输出(SISO)的解决计划。这首要归因于天线空间和功耗。一个MIMO体系想要正常作业，各天线上的信号就需求不相关，不相关便意味着信号的添加不能以一种信号叠加后会产生峰值的办法进行。在实践运用中，天线与天线 dB左右以确保将实践体系中信号相关性操控在最低程度。这意味着天线与天线之间有必要有必定的间隔，而像智能手机等设备中往往没有多少空间，特别是考虑到智能手机一切必要支撑的多种蜂窝通讯和无线互联技能的频段时更是如此。

　　平板电脑等较大的设备则能包容更多的天线和更大的天线间隔。到到本文发稿时，市场上已推出几款 2x2WLANMIMO型平板电脑，这些产品能运用MIMO技能带来的更高的数据传输牢靠性和吞吐量。

　　笔记本电脑因为能确保较大的内部天线空间(恰当或大于平板电脑)并装备了较大容量的电池(能支撑更多的发射机，也不会下降电池寿数)，所以一般都是 2x2 或 3x3 的体系。

　　终究，4x4WLANMIMO体系也已开端呈现，其开始运用瞄准了机顶盒的视频传送功用，因为机顶盒能从这种4x4 MIMO体系所供给的更好的传输牢靠性和更大的数据容量中实在获益。

　　传统的无线体系选用单一输入与单一输出(SISO)的设置办法，即在无线衔接的两个终端都运用一个发射机和一个接纳机。数字信号处理范畴的最新研究成果为咱们带来了多天线技能，它能显着地进步数据吞吐量和改善无线衔接的安稳性。这些多天线技能便是咱们称为MIMO(多路输入多路输出)的技能，它在无线衔接的各个终端都运用多个发射机和接纳机，在必定的信道条件下，能取得比SISO高出几倍的吞吐量。

　　MIMO技能仅指出了特定设备的天线数量。MIMO界说中的“输入”和“输出”二词别离表明一个无线信号在空间的发射和接纳。并且，这能独登时运用到上行和下行两种链路中。

　　从这个总的界说动身咱们能够推理出更多特其他多天线运用实例，如：多重输入单一输出(MISO)，单一输入多重输出(SIMO)，以及多路输入多路输出(MIMO)。这些实践运用可用图3表明。

　　SIMO体系因为装备多个接纳天线能构成接纳分集，而MISO体系因为有多个发射天线，所以能构成发射分集。MIMO体系则归纳了SIMO和MISO两种运用的特色，它能一起运用发射分集和接纳分集特性来改善无线衔接的安稳性，一起运用多个可辨其他空间信道来进步无线衔接的吞吐量。本文将会集评论MIMO体系。

　　空间复用形式(SM)的根本原理是用每根天线发送彼此独立的数据。从各天线发送的数据会在接纳机端经过恰当的信号处理后被别离，这种处理一般会包含线性去相关检测和非线性搅扰免除两个操作。

　　咱们平常说到MIMO时一般是在说SM作业形式，因为这种形式具有显着进步无线衔接吞吐量的才干。可是，SM作业形式的有效性需依托必定的信道条件和信噪比(SNR)。多径信道一般要求较高的非相关性。与SISO传输办法比较，关于相同的调制和编码办法，多径信道信噪比(SNR)要求也更高。

　　IEEE 802.11规范界说了两个SM技能：直接映射和空间扩展。运用直接映射技能时，每个MIMO数据流都经过一个发送链路传送，数据流与传送链路之间是1对1的映射联系。运用空间扩展技能时，MIMO数据流先按信道评价状况用一个矩阵复用，然后再经过不同的发送信道予以传输。图4直观地表明了直接映射技能和空间扩展技能的特色。

　　MIMO数据流在特定的时刻被从一个代码字或代码序列处理成矢量符号，如图5所示。之后，整个代码字变成一个矩阵，其内部的每行数据都在相同的天线上传送，而每个列的数据则在相同的时刻传送。接下来的使命便是在接纳机端怎么规划一个有最佳间隔特点的代码了(即便是对随机改变的信道而言)。

　　STBC与SM不同，它不会进步MIMO设备在相一起间传送的数据流的数量，因而也不会直接进步无线传送的吞吐量。可是，STBC能进步传输的牢靠性，特别是在信道条件很差的状况下。这样，相同的信噪比状况下咱们就能选用更高的调制和编码率，因而，STBC具有直接进步线路吞吐量的才干。

　　任何出产进程都会遭到潜在过错和进程变异的影响。因而，在开发MIMO测验计划时了解出产进程中的潜在失效点并准备好筛查计划对错常有用的作业。

　　焊接缺点很或许是一切电子体系中第一大设备失效原因。严峻缺点或许会导致全体系的毛病，因而很简单筛查，可是细小的缺点就较难发现。这种缺点或许会导致体系的功用下降，但不至于整机毛病。MIMO体系因为其在实践运用中所具有的功用而特别简单掩盖这种问题。

　　例如：假如以一次一条链路(发射机或接纳机)的办法对MIMO体系进行测验，那么某些特定的功用问题，如某个焊接欠好的解偶电容器，就或许无法被发现。这类问题只要在一切发射机在最大功率输出作业时才干被注意到。除非咱们验证体系的最高数据传输速率，不然咱们或许查不出这类出产测验中的问题。可是，运用这种蒙混过关产品的终究用户，很或许会在比如平板电脑与电视机的视频传送进程中发觉类似欠佳的功用(如解析不充沛的视频)，这终究会导致产品退货乃至产品品牌形象的受损。

　　典型的WLAN体系一般都是半双工体系，因而包含一个发送/接纳(TX/RX)开关，用于在信号的发送和接纳之间进行切换，如图6所示。此开关的开关速度正是影响体系功用的要害所在。典型的体系中，此开关有必要具有在几十个微秒内完结发送/接纳切换的才干，不然将引起传输数据的丢包现象。

　　操控线路中的解耦电容器有时会有焊接不良的状况，此外，外表贴装流程中主动安装机上有时还会装上容值不正确的元件。容值稍微添加几个微法(?F)便会引起切换安稳时刻的延伸并影响体系的功用。

　　正如前文所提，MIMO体系需依托发送或接纳数据流之间合理的阻隔度才干完成最佳的功用。图7显示出一个MIMO体系中或许会产生的串扰途径。

　　验证不同途径之间阻隔状况的仅有办法便是确保一切的途径都在一起作业。这就需求多个信号发射机和信号接纳机来对这些途径进行同步测验。假如每条链路独自测验，那么阻隔度问题就难以发觉。

　　此外，跟着平板电脑和智能手机越来越紧凑的外壳内需安装的电子元件变得越来越多，精细的机械安装和公役也已成为确保阻隔度的必要条件。出产进程中一个安装不良的射频(RF)衬垫往往会导致体系中走漏通道的产生。

　　终究，咱们有必要考虑MIMO体系测验进程中的发热问题。信号发射机的功用特别简单因温度的差异而产生改变。假如一次只对一条链路进行测验，那么潜在的发热方面的问题(如增益下降，失真加重)就或许不会表现出来。只要让一切的射频链路一起作业，才干使体系接受合理的负荷水平(见图8)。

　　以上仅仅出产进程中或许产生的关于MIMO体系功用的几个问题。尽管这些问题或许不会常常产生，但一旦产生，它们就会引起显着的功用下降(但不大会引起整个体系的毛病)。

　　跟着视频数据越来越多地依托WLAN MIMO体系传输，峰值数据传输功用正变得越来越重要。这些类型的缺点无疑将引起运用设备功用的不良，因而咱们需采纳最佳的办法来筛查这些问题。

　　鄙人一部分内容中，咱们将考察WLAN MIMO测验的几个不同办法以及咱们选用不同技能所能取得的测验掩盖率的不同水平。

　　MIMO测验办法共有四种：多重SISO，切换式MIMO，复合MIMO，和线中列出了各种测验办法的装备办法。

　　此测验办法选用一个矢量信号剖析仪(VSA)和一个矢量信号产生器(VSG)。此办法中 MIMO待测设备(DUT)被看作一个多重SISO设备，关于发射机和接纳机的每个MIMO支路都进行独自测验。这种测验办法实质上是对每个MIMO支路的屡次SISO重复测验，它是最根本的MIMO测验办法，曾被用于前期的MIMO设备的出产进程中。

　　此测验办法只运用一个矢量信号剖析仪(VSA)顺次对各MIMO支路进行信号捕获。测验时不是马上对各捕获的信号进行剖析，而是先对捕获信号(此例中为三个捕获信号)进行缓冲，然后再对经过归纳的MIMO信号进行剖析。测验中运用一个单一的VSG对待测设备的MIMO接纳机顺次进行测验。与多重SISO办法比较，切换式MIMO测验办法因为运用MIMO算法对数据进行解码，所以能取得更准确的差错矢量起伏(EVM)。这也消除了测验设置中的信道影响。

　　此测验办法运用一个射频合路器将MIMO信号组成为一个单一的数据流。测验中运用一个VSA 对经过组成的数据流进行捕获，并在发送信号已知的状况下对 MIMO信号进行剖析。与上述测验办法类似，此测验办法也运用一个单一的 VSG对每个MIMO接纳支路进行顺次测验。此办法对测验硬件的要求最低，还能供给较高水平的测验掩盖率和较快的测验速度。此外，此办法还能恰当地下降测验设备的本钱和功用要求，因而大多数出产线都在运用这种测验办法。

　　此测验办法模仿实在的MIMO作业条件。它运用多个VSA一起从一切MIMO支路捕获信号。MIMO剖析仪对MIMO信道进行预算并对MIMO信号进行解调。此办法还运用多个VSG生成多个波形以便对MIMO接纳机进行测验。此测验办法能带来最全面的MIMO测验掩盖率和最快的测验速度，因而常常被研制和规划验证实验室选用。

　　每个MIMO测验办法都有其特定的优缺点。用户应依据特定的运用场合和测验掩盖率要求挑选不同的MIMO测验办法。下表对不同的测验办法进行了比较。

　　实在MIMO办法模仿实在的测验情形并供给最佳的MIMO测验掩盖。与其他办法比较它的测验硬件的本钱较高，但因为其测验吞吐量的显着进步，其运营和整体本钱却最低。研制，规划验证实验室，以及高速出产线一般运用这种实在MIMO办法。复合MIMO办法对组成信号的测验掩盖率较好，但对单个MIMO途径的剖析才干却较差。多重SISO办法和切换式MIMO办法对单个MIMO支路能确保较好的测验掩盖率，但短少剖析组成信号的才干。因为大多数出产质量问题能够经过组成信号的剖析得到解决，所以复合MIMO办法已成为出产线运用最遍及的测验办法。

　　为了进一步进步频谱效益，最新的WLAN规范(802.11n 和 802.11ac)中添加了MIMO技能支撑的内容。尽管MIMO是这些规范中可选的技能，但却在越来越多地被WLAN设备选用。这是因为视频数据流等高吞吐量运用的很多遍及以及5GHz频段的日益频繁的运用，而在这两种状况下，MIMO不仅能协助进步吞吐量，并且还能改善无线掩盖和衔接的牢靠性。

　　与传统的SISO设备比较，MIMO设备有多个收发通道和更杂乱的规划结构，因而它代表了一种全新的测验应战。MIMO测验需求新一代测验设备，而莱特波特公司凭仗其专利技能、先进的算法和立异的构架已成为MIMO测验范畴抢先的测验计划供给商。莱特波特公司也是现在仅有能供给包含一切四种MIMO测验办法的测验计划公司。

　　咱们的IQxel 系列测验产品是职业界802.11ac 和WLAN MIMO测验范畴参阅规范测验设备。因为具有职业界抢先的测验速度和无与伦比的测验功用，IQxel具有十分成功的成绩，并正在被全世界各大芯片公司和消费电子产品制造商所运用。 IQxel已被运用到包含研制、规划验证、出产和产线终究质量操控在内的产品开发进程的每个阶段。

　　莱特波特正在不断地引入高度立异的测验技能偏重新界说无线测验职业。咱们致力于供给最新最先进的测验办法，以协助咱们的客户交给高品质的、具有最佳无线传输功用的产品。