הדרישה לתקשורת אלחוטית ממשיכה לעלות עם מספר הולך וגדל של משתמשים ושירותים חדשים. כמו כן תנועת התקשורת האלחוטית נעה מתקשורת קולית למידע הצורך קצבים מהירים יותר.
בשל ספקטרום התדרים המוגבל, התקדמה הטכנולוגיה הדיגיטלית האלחוטית במהירות במהלך שני העשורים האחרונים במטרה לענות על צרכי השוק. סוגי אפנון יעילים ספקטראלית וסכמות קידוד דיגיטליות נמצאים בשימוש יחד עם אותות ברוחבי פס מוגדלים: מ- 300 kHz בתחילת שנות ה- 90 ל- 40 MHz כיום. שיטות חדשות להעברת מידע כגון MIMO נמצאות כיום בשימוש בכדי להגדיל את קצבי המידע.
מורכבות ציוד בדיקות MIMO
MIMO הינה טכנולוגיית RF עולה, המשתמשת במכשירי רדיו רבים עבור שידור וקבלת מידע. במכשירי תקשורת אלחוטיים, הטכנולוגיה מסוגלת להגדיל את תפוקת הקצב או לשפר את איכות השידור ללא צורך ברוחב פס נוסף.
בגישת MIMO האופיינית, 4 גלים נושאים עצמאיים מאופנני OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ממוקמים זה על גבי זה, כפי שניתן לראות בתרשים 1. טכניקת MIMO זו מאפשרת שידור של עד פי 3.5 מידע באותו רוחב פס של גל נושא יחיד.
בדיקות MIMO מציבות מספר אתגרי מפתח, כולל כמות הערוצים המרחביים היכולים להיתמך. לדוגמה, WLAN ו- LTE (Long-Term Evolution) תומכים שניהם בקונפיגורציות 4 ערוצים, וטכנולוגית WiMAX הנוכחית עם קונפיגורציות Matrix A ו- B , תומכת בשני ערוצים. עניין נוסף הינו לשמור על עלות נמוכה לערוץ ללא פגיעה בביצועים. עלויות לבדיקת ציוד, במיוחד במערכות MIMO, עלולות להיות מוכפלות במהירות. לדוגמה, כדי לקבל N מקלטים ו- M פלטים, דרוש לכל I/Oמשדר ומקלט נפרד או מקור ונתח.
רוחב הפס מציב בעיה נוספת. אותות MIMO במיוחד דורשים ציוד בדיקה בעל רוחב פס גדול. לדוגמה, WiMAX ו- LTE דורשים כיום רוחב פס של 20 MHz, ול- 802.11n WLAN נדרש רוחב פס של 40 MHz. ציוד הבדיקה חייב לבצע את המדידות תוך שמירה על נתוני מדידות EVM (Error Vector Magnitude) יוצאים מן הכלל.
רגישות גבוהה הינה פרמטר קריטי נוסף. רצפת הרעש משפיעה על דיוק האפנון, הנמדד כ- EVM. רעש גבוה יגדיל את ה- EVM, ויפחית את איכות התקשורת. באותות ברחבי פס גדולים, רעש נמוך במחולל האות ובנתח האות הינו חשוב. לצב”דים בעלות נמוכה ביצועי רעש עלובים יותר מקרוביהם היקרים יותר, דבר המשפיע ישירות על דיוק המדידה. הדבר מפחית מאיכות המוצר ותפוקתו, ומשפיע על עלותו והתחרותיות שהוא מציע.
MIMO מסתמך על עיוות הערוץ. ללא זאת, MIMO כטכניקת שידור הינו מיותר. ההבנה כיצד מכשירים מתפקדים בתנאי ערוץ שונים ולקיחה בחשבון של התנאים הללו במדידות כגון Channel Response או Matrix Condition הינן יכולות חשובות. לדוגמה, ב- WLAN: הכותרת משודרת עם תבנית סמל ידועה. המקלט משתמש באות הידוע הזה כדי לחשוף מהו העיוות בערוץ, ואז קובע מהם סמלי המידע המתקבל הממשי.
מדידה של תגובת הערוץ באותות OFDM בפס רחב, כלומר האמפליטודה ושינויי הפאזה לאורך הערוץ, מציבה אתגר נוסף. כדי לאפיין במדויק יחידת מקמ”ש תחת בדיקה, על ציוד הבדיקה לפעול לא רק ברוחב פס גדול אלא גם להיות בעל תגובה קבועה עם שינויים נמוכים באמפליטודה ובפאזה.
חידושים בצב”ד RF של הדור הבא
עם הדור הבא של MIMO , אפליקציות עיצוב אלומה יהפכו לשכיחות יותר.
בדור השני של מערכות בדיקת MIMO על ציוד הבדיקה יהיה לשלוט בפאזה ובעוצמה של כל מקור באופן מדויק. הדבר מאפשר למשדרים ליצור תבניות אנטנה שונות, ולאפשר לאלומת האנטנה להיות מכוונת למיקומים שונים. הכוונת אלומת האנטנה לכל משתמש מגדילה את יעילות התקשורת. רוב פלטפורמות הציוד כיום תוכננו עבור אפליקציות SISO (Single Input/Single Output), שאינם יכולות לשלוט בקלות בפאזת גל נושא RF.
כמה מבני מערכות בדיקה ל- MIMO תומכים בקונפיגורציות MIMO מאוזנות בלבד, כגון: 2×2, 3×3, 4×4. על ציוד עתידי לתמוך גם בקונפיגורציות MIMO בלתי מאוזנות, במיוחד עבור קונפיגורציות משתפות כגון 1×2, 2×3, 3×4. ככל שעולות אפליקציות עיצוב אלומה מתקדמות יותר, יידרשו קונפיגורציות של 8×8 ו- 16×16.
תיאום זמנים בין המשדרים והמקלטים הוא גם כן קריטי. MIMO מסתמך על אי התאמות בפאזת הערוץ כדי לתפקד נכונה (רב-מסלולי). חוסר התאמה בזמנים בנתח האות או במקורות יסתיים בעיוות מוגבר, הנובע מכלי הבדיקה, תוך הורדה של דיוק המדידה.
היכולות של הדור הבא יסתמכו על מספר חידושים תעשייתיים ייחודיים. לדוגמה, מבנה SDR מבוסס DSP, מותאם לשוק האלחוטי הדינאמי בו הדרישות לבדיקות משתנות במהירות. מבנה המקנה לכלי הבדיקה אורך ימים רב יותר בזכות יכולת השדרוג הקלה שלו. כלים המבוססים SDR יכולים לחולל או לבצע דה-אפנון וירטואלית לכל אות עד אפנון ברוחב פס 40 MHz, החשוב במכשירים של היום ולסטנדרטים של המחר כמו 4G LTE.
לדוגמה, כלי בדיקות RF חדשות כגון 4×4 MIMO RF Test System מבית Keithley (תרשים 2) משתמשים במבנה SDR מבוסס DSP. לצב”דים אלו מערכת נעילת אוסילטור מקומי מדויק ויציב Jitter בפאזת גל peak-to peak של פחות מ-1 מעלה, ההופכת אותם לאידיאלים ליישומי עיצוב אלומה.
אולם, התאמה בפאזה אינה המאפיין החשוב היחיד. עבור אפליקציות MIMO שאינן עיצוב אלומה, התאמת זמנים הינה חובה. שמירה על סינכרוניזציה (התאמת זמנים) על גבי יותר משני מחוללי אות או נתחי אות הינה משימה קשה עבור רוב הצב”דים משום שהם לא תוכננו עבור יישומי MIMO. חלק מהצב”דים מוגבלים לשני קלטים ו/או שני פלטים. בניגוד להם, הצב”דים של Keithley ניתנים להתאמה עד 8 קלטים ופלטים עם שעוני דגימה הנועלים את המכשור עד כדי ננו-שניה זה מזה.
חשיבה לדור הבא
המהנדסים העוסקים בבדיקות צפויים להוציא סכומים נכבדים על בדיקות מערכות MIMO מהדור הראשון. כדי להקל על נטל תקציבי הבדיקות, ספקי ציוד בדיקות ומדידות צריכים לחשוב קדימה ולתכנן כלי בדיקות RF המתאימים לטכנולוגיות האלחוטיות הצצות היום ומחר. הספקים עונים לצרכים אלו עם פלטפורמות צב”דים של הדור הבא המשתמשות בטכנולוגיית DSP SDR העדכנית ביותר ובמהירות גבוהה כדי להפחית מעלויות הבדיקות ולקצר את זמן היציאה לשוק.
