无线带宽加速演进 解析带宽成仪器关键

行动通讯产品的世代，从普及率极高的数字行动通讯应用的GSM系统，到目前正推行的第三代行动通讯的W-CDMA、HSDPA、HSUPA，以及即将面世的WiMAX、HSPA+与LTE。这一路走来，其演进的脉络都是为了具备更快速的传输数据。

大概所有人都很难忍受GPRS龟速般的数据传送速度，这是因为在狭小的200KHz的讯号带宽里，为了不让讯号失真，所以必须限制传送的数据速率。但是到了新世代的通讯系统，为了让数据更快速地在空间的信道中流通，最直接的办法莫过于直接增加讯号带宽，例如W-CDMA将讯号带宽增加到3.84 MHz，而规划中的LTE也将一举利用20 MHz的带宽传送数据。但是如此宽带的通讯系统对目前的量测仪器而言是一种挑战。若仪器的解析带宽低于讯号带宽，量测讯号的手法就必须更加复杂，而量测得到的结果，也将充满着推估与运算而得到的成分。最直接；而且也最真实的宽带讯号量测，必须让仪器俱备解析带宽远高过讯号带宽的效能，可预见的是，未来宽带量测仪器的应用将会愈来愈普遍，例如图一的Rohde & Schwarz的向量频谱分析仪FSQ，其解析带宽已经可以升级至120 MHz。

《图一 Rohde & Schwarz的向量频谱分析仪FSQ》

带宽增加 Fading Profile为把关要点

事实上，加大带宽以增加数据传输速度并不是新鲜事，早期的卫星传输与点对点基站的传输也都是利用这个原理快速的传送数据。但是在卫星和点对点基站的应用上，工程师大都提供良好的信道供其使用，一般我们会称这种信道的特性为Light of Sight，也就是站在发射机上可以直接和接受机遥遥相望的意思。所以，除了卫星以外，大多数的站台都会盖在山上或是空旷处。但是商用的行动通讯产品的信道往往很难达到Loght of Sight，因为我们大都将发射与接收机(例如你的手机)放在裤子口袋里。

即使发射机有足够的带宽产生快速的数据序列，但信道特性的不完美对接收的讯号质量将会产生显著的影响。这些不完美的信道有可能的成因是：用户在室内，讯号必须经过多个路径的反射才能传到接收机；或是用户在行驶的车上，手机和基地台间产生相对速度，因为都卜勒效应而产生讯号频率偏移等；另外，在商用的行动通讯中，常常有多人同时使用信道的情形，例如W-CDMA使用同一个频率的用户就会互相干扰，甚至演进到HSDPA，系统容许单一用户同时使用五到十五个正交信道码下载数据，这些同时动作的正交码在功率过大时，还会对用户自已的下载讯号产生自我干扰。对W-CDMA这类的码分工通讯系统而言，这些干扰近乎噪声。为了描述以上这些信道的不完美，许多通讯规范都订定出标准的不完美信道，我们通常将这些标准信道的概况统称作Fading Profile。行动通讯产品上市前，就必须通过在特定Fading Profile的考验下，维持一定水平的通讯质量的测试。

MIMO量测重要性与日俱增

为了减缓不完美信道对通讯造成的影响，许多新技术不断地被提出，包含目前流行的MIMO (Multiple Input, Multiple Output)技术，MIMO的理念是利用讯号在同一个空间中因为经由不同的信道而具备多样性的特点，改善讯号解析的错误率。若空间中有多个发射机与多个接收机，代表讯号会经由因不同的发射、接收路径所交织而成的众多信道，在发射端可经由适当的安排，让流经每个信道的讯号都互有关联性，但又有些差异。在接收机端则将每个信道的接收讯号都加以相关性运算，取得每个讯号间的权重，再以权重加乘每个信道的讯号，并将讯号迭合。利用每个信道的讯号间具有关联性；但在每个信道上的噪声并无关联性的特性，让迭加后的讯号具有建设性的加乘，进而产生抵抗噪声的增益。MIMO的流行，对量测仪器也卷起一阵风潮，可以发现，有愈来愈多的仪器具备多个可同时动作的射频埠以因应MIMO的量测。例如图二中的Rohde & Schwarz向量讯号产生器SMU200A。

《图二 R&S向量讯号产生器SMU200A》

Rohde & Schwarz SMU200A具备有两组射频发射埠(图二仪器的右下角)，可以各别产生许多通讯系统的讯号，同时又能在讯号中加入仿真的信道特性。SMU200A同时支持外部基频讯号输入，因此有些用户会将其他仪器，例如仿真基地台讯号的Rohde & Schwarz CMU200 (图三)的基频讯号抽取出来导入SMU200A，透过SMU200A内部的Fading仿真器与双射频输出，产生带有联机信息的失真讯号喂给手机，仿真并测试手机在接收到失真讯号时的通讯质量，或是测试其在两个埠的接收多样性下抵抗噪声与干扰的效能。

无线量测行为复杂 软件过程控制应用比重高

新的通讯系统不断标榜快速的数据传输速率，让用户能够实现行动通讯下的宽带上网。但是在真实的使用情况下，传输速率却会因为信道的影响而衰减。为了量测这些复杂行为，用户会发现，除了仪器效能需求必须俱备更广的解析带宽外，整个量测的操作将变得更加复杂。在这类的应用下，不论是由用户自行开发，或是经由仪器设备商取得解决方案，利用软件控制仪器，依次进行所有的量测步骤会是一个较好的方法。这类的软件，好处除了节省操作时间外，更重要的是建立起标准的作业流程，让每次的量测都是在同一个设定与步骤下执行，对量测结果的可追踪性有相当大的帮助。

新的通讯系统带来新的量测需求，仪器的效能与量测方法亦随之演进。即使通讯系统再怎么演变；自动化的量测再如何便利，但是操作仪器与判读结果最终还是必须仰赖工程师的技术、经验与知识。这或许是世代更迭的行动通讯领域中，唯一不会改变的趋势。

《图三 R&S CMU200》