【導(dǎo)讀】無論是移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)還是工業(yè)射頻(RF)應(yīng)用，整個(gè)世界都仰賴于無線的運(yùn)作。因此，無線測試比以往任何時(shí)候都更重要。但如何均衡完整性、速度和預(yù)算呢？測試工程師應(yīng)該采用一種合適的方法來管理多方面的折衷因素，并針對特定情形找出最合適的解決方案。
無論是移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)還是工業(yè)射頻(RF)應(yīng)用，整個(gè)世界都仰賴于無線的運(yùn)作。因此，無線測試比以往任何時(shí)候都更重要。但如何均衡完整性、速度和預(yù)算呢？“從三項(xiàng)要求中任取兩個(gè)”可不是好的答案。測試必須徹底，并且具有足夠快的速度能跟上產(chǎn)品上市的步伐，還必須符合緊縮的預(yù)算。
測試工程師應(yīng)該采用一種合適的方法來管理多方面的折衷因素，并針對特定情形找出最合適的解決方案。
確定測試要求
理想的無線測試一開始先比較和對比兩種常見的無線測試系統(tǒng)：收發(fā)機(jī)和信號交遞(handover)。收發(fā)機(jī)測試用于測試無線電設(shè)備彼此間如何直接通訊。而信號交遞測試則用于測試天線或接取點(diǎn)(AP)如何與無線電設(shè)備(通常稱為手持設(shè)備)一起執(zhí)行任務(wù)。
不管是收發(fā)機(jī)測試還是交遞測試，測試設(shè)備都需要考慮以下幾個(gè)方面：
• 透過端口連接設(shè)備與測試系統(tǒng) • 內(nèi)部RF組件衰減、劃分或組合信號 • 衰減器可以遠(yuǎn)程編程或手動(dòng)設(shè)計(jì) • 系統(tǒng)在指定的頻率范圍內(nèi)作業(yè) • 透過配置建立設(shè)備間的通訊路徑
端口、衰減器和分波/混波器、頻率范圍以及內(nèi)部配置，都是必須進(jìn)行折衷之處，它們將影響整個(gè)測試的速度、全面性和成本。
做出選擇
在理想的情況下，你會(huì)擁有最靈活的測試系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以將你需要測試的任何無線電或手持設(shè)備與天線連接在一起。兩個(gè)設(shè)備之間的每條路徑都有一個(gè)可編程的衰減器，用來單獨(dú)地調(diào)節(jié)設(shè)備之間的信號強(qiáng)度，并且能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)信號強(qiáng)度，以仿真信號衰減。
然而，隨著端口數(shù)、潛在路徑和RF組件的增加，費(fèi)用也將大幅上升。增加額外的組件就必須擴(kuò)大機(jī)架空間才足以容納，同時(shí)也對功耗和散熱提出了更高的要求。
如果減少了測試系統(tǒng)中的組件數(shù)，尺寸、功耗和冷卻要求將隨之降低，成本也會(huì)下降，必須付出的代價(jià)是失去測試的靈活度。有些測試配置甚至可能無法建模。其它測試場景可能需要花更長的時(shí)間，因?yàn)殪`活度降低必然需要更多的反復(fù)測試才能涵蓋個(gè)別案例，同時(shí)需要更多的時(shí)間因應(yīng)額外的設(shè)備和測試步驟。
在信號的交遞測試中，能夠平衡靈活度、時(shí)間和節(jié)能的額外資源是使用人工衰減器。它們比可編程衰減器更便宜，因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙儆糜谶h(yuǎn)程編程的電路，取而代之的是工程師必須透過衰減器前面板上的旋鈕來設(shè)置衰減值。手動(dòng)作業(yè)會(huì)增加配置的時(shí)間，而且無法適應(yīng)所有的測試場景，例如衰減隨時(shí)間改變的dB值設(shè)定，以仿真信號衰減。
即使是輸入功率的規(guī)格也會(huì)對于預(yù)算造成壓力。由于測試設(shè)備的組件功耗特性，通常接受有限的天線或接取點(diǎn)輸入功率，約1W，而不是典型的商用40W設(shè)備。增加專用的衰減器取代在滿功率下執(zhí)行測試所付出的成本比升級測試系統(tǒng)組件要低得多。
雖然嚴(yán)格來說不算是折衷，但使用技術(shù)上中性的語言有助于拓展選擇合適測試設(shè)備的范圍。舉例來說，LTE無線設(shè)備所使用的頻率在每個(gè)國家都不同，必須指定實(shí)際的頻率范圍。每一家公司如何參考頻率范圍也各不相同。有些公司規(guī)定所有的東西以MHz為單位；其他公司則喜歡引用GHz。尋找在每種情況下都適用的值，可確保搜索結(jié)果更準(zhǔn)確。
權(quán)衡明日的需求
折衷也會(huì)影響未來。測試工程師不能只考慮現(xiàn)在的需要，因?yàn)闇y試設(shè)備通常無法重新配置。如果你買了一臺僅適合現(xiàn)有項(xiàng)目的設(shè)備，等到明年可能提出其他需要更高擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)要求，那時(shí)就必須再添購新的測試系統(tǒng)了。而第二臺設(shè)備也許能夠覆蓋當(dāng)前與未來的測試案例，因此過度節(jié)省的經(jīng)濟(jì)策略反而會(huì)弄巧成拙。
在某些情況下，為了取得更高覆蓋率而額外付出的成本也許是可以忽略的。例如，如果你想在900MHz至2GHz頻率范圍內(nèi)測試收發(fā)機(jī)，那么客制化的測試系統(tǒng)成本實(shí)際上與覆蓋698MHz至3GHz頻率范圍的成本是相當(dāng)?shù)模驗(yàn)楹笳呖赡軙?huì)使用更多的標(biāo)準(zhǔn)組件，因而取得現(xiàn)成組件的成本效率。
考慮到在連接上需要的衰減量，典型的范圍包括：從0dB到95dB，以1dB為步距，一直到6000MHz；或者從0dB到127dB，以1dB為步距，一直到3,000MHz。在典型范圍內(nèi)所能涵蓋的測試衰減需求越多，測試系統(tǒng)使用更便宜標(biāo)準(zhǔn)組件的可能性就越大。
收發(fā)機(jī)測試
收發(fā)機(jī)測試設(shè)備中的每個(gè)埠都代表待測無線電設(shè)備之一的RF信號。無線部份經(jīng)常在屏蔽外殼中用于控制測試環(huán)境的每根天線都透過電纜連接到這一端口。
收發(fā)機(jī)測試設(shè)備中共有三種配置：完全扇出；有限扇出；集中扇出。
完全扇出是最靈活的，因?yàn)樗峁┝艘环N完全網(wǎng)格狀的矩陣。它也是最貴的，因?yàn)樗枰疃嗟腞F組件。在完全扇出的配置中，兩個(gè)無線設(shè)備對之間的每條可能路徑都有一個(gè)對應(yīng)的衰減器。如果有12個(gè)埠，就有(12×11)/2或66條可能的雙向路徑，每條路徑都需要一個(gè)可編程的衰減器。如果是6個(gè)埠，就有(6×5)/2或15條可能的路徑，因此需要15個(gè)可編程的衰減器。
圖1：12端口的完全扇出配置。這種12埠設(shè)計(jì)共有66個(gè)可編程衰減器
在有限扇出配置中，每個(gè)端口連接到任一側(cè)側(cè)其它埠的特定子集。如果你用的是12埠的盒子，并擁有一個(gè)8埠有限扇出的設(shè)計(jì)，那么這12埠中的每一個(gè)都將連接到正上方的4個(gè)扇出和正下方的4個(gè)扇出。這將使需要衰減器的路徑數(shù)量減少到48個(gè)。埠數(shù)越多，有限扇出設(shè)計(jì)就更具經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)36埠完全扇出盒子需要630個(gè)可編程衰減器。如果改用一個(gè)36埠12有限扇出的設(shè)計(jì)，只需要216個(gè)可編程衰減器，大幅節(jié)省約三分之二。如果在實(shí)際使用中有限扇出可以勝任，無線電設(shè)備將從地理上擴(kuò)展得足夠遠(yuǎn)，因而無須讓所有設(shè)備都直接通訊。
圖2：12端口的集中扇出配置。所有的端口在星狀配置下透過一個(gè)阻性功率分波/混波器進(jìn)行連接。圖中總共有12個(gè)可編程的衰減器
集中扇出是最簡單的設(shè)計(jì)，使用輪輻拓?fù)洹Ｃ總€(gè)埠只有一個(gè)可編程衰減器。但這將犧牲其靈活度。每臺無線電設(shè)備透過測試系統(tǒng)在同一時(shí)刻只能與一臺其它無線電設(shè)備通訊。
當(dāng)你設(shè)置好一個(gè)埠上的衰減器時(shí)，你就限制了它到其它埠的傳輸，不能再為每個(gè)可能的通訊設(shè)備單獨(dú)設(shè)置衰減值。你仍然可以在任何一對無線電設(shè)備之間編程特定的衰減值，但會(huì)失去對于其它可能路徑上的衰減值進(jìn)行控制的靈活度。
圖3：一種12埠的有限扇出設(shè)計(jì)。每個(gè)埠只連接到8個(gè)最近的相鄰埠(4個(gè)上方的相鄰埠和4個(gè)下方的相鄰埠)。這種設(shè)計(jì)需要48個(gè)可編程衰減器
信號交遞測試
在信號交遞測試中有兩種類型的埠：輸入和輸出。輸入端口代表天線：基地臺、接取點(diǎn)、蜂窩天線塔或連接到通訊網(wǎng)絡(luò)的其它類型。輸出端口代表手持設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備。在這個(gè)案例中，術(shù)語“輸入”和“輸出”是命名慣例，因?yàn)樾盘柦贿f測試系統(tǒng)中的所有路徑都是雙向作業(yè)的。
共有三種類型的信號交遞配置：完全扇出；有限扇出；手動(dòng)交遞。
與收發(fā)機(jī)測試系統(tǒng)一樣，一個(gè)完全扇出的交遞系統(tǒng)意味著所有的輸入都可以與所有的輸出對話。每個(gè)輸入埠被連接到一個(gè)RF分波器/混波器，并根據(jù)輸出端口數(shù)將信號劃分成多條路徑。每條路徑都有一個(gè)衰減器。然后每條路徑針對相關(guān)的輸出端口導(dǎo)入分波/混波器。為了取得完全扇出交遞系統(tǒng)中的路徑數(shù)量，必須將輸入埠數(shù)乘以輸出埠數(shù)。一個(gè)8×4的系統(tǒng)需要為每個(gè)輸入端口配置一個(gè)1×4的分波/混波器、4個(gè)衰減器，并針對每個(gè)輸出端口配置一個(gè)1×8分波/混波器。因此總共有32個(gè)衰減器和12個(gè)分波/混波器。
在一個(gè)有限扇出配置中，每個(gè)輸入都有一個(gè)衰減器，因此相同的信號強(qiáng)度可到達(dá)所有天線。所有的輸入導(dǎo)入同一個(gè)分波/混波器，然后再導(dǎo)向連接輸出的另一個(gè)分波/混波器。對于8×4的配置來說，只有8個(gè)衰減器和2個(gè)分波/混波器。雖然組件數(shù)量較少，但你無法從手持設(shè)備到天線的每條路徑都為其單獨(dú)調(diào)整衰減值。
手動(dòng)交遞系統(tǒng)也使用有限扇出配置。手動(dòng)和編程有限扇出之間的區(qū)別在于，在手動(dòng)系統(tǒng)中以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)衰減器取代可編程衰減器。手動(dòng)交遞系統(tǒng)是最簡單、最便宜的類型，通常應(yīng)用在早期的研發(fā)階段。
找到理想的解決方案
有選擇當(dāng)然很棒，但也可能使得決策過程復(fù)雜化。沒有人能告訴你怎么做最能滿足特定需求，因?yàn)闆]有其他人能為你權(quán)衡你自己的計(jì)劃、復(fù)雜性和預(yù)算。然而，機(jī)會(huì)在于你可以找到合適的測試設(shè)備類型來滿足特定需求。
