無論是移動設備、物聯網(IoT)還是工業(yè)射頻(RF)應用，整個世界都仰賴于無線的運作。因此，無線測試比以往任何時候都更重要。但如何均衡完整性、速度和預算呢？“從三項要求中任取兩個”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品上市的步伐，還必須符合緊縮的預算。

 

測試工程師應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。

 

 

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)機和信號交遞(handover)。收發(fā)機測試用于測試無線電設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(AP)如何與無線電設備(通常稱為手持設備)一起執(zhí)行任務。

 

不管是收發(fā)機測試還是交遞測試，測試設備都需要考慮以下幾個方面：

 

• 透過端口連接設備與測試系統(tǒng) • 內部RF組件衰減、劃分或組合信號 • 衰減器可以遠程編程或手動設計 • 系統(tǒng)在指定的頻率范圍內作業(yè) • 透過配置建立設備間的通訊路徑

 

端口、衰減器和分波/混波器、頻率范圍以及內部配置，都是必須進行折衷之處，它們將影響整個測試的速度、全面性和成本。

 

 

在理想的情況下，你會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備與天線連接在一起。兩個設備之間的每條路徑都有一個可編程的衰減器，用來單獨地調節(jié)設備之間的信號強度，并且能夠隨時調節(jié)信號強度，以仿真信號衰減。

 

然而，隨著端口數、潛在路徑和RF組件的增加，費用也將大幅上升。增加額外的組件就必須擴大機架空間才足以容納，同時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，尺寸、功耗和冷卻要求將隨之降低，成本也會下降，必須付出的代價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間，因為靈活度降低必然需要更多的反復測試才能涵蓋個別案例，同時需要更多的時間因應額外的設備和測試步驟。

 

在信號的交遞測試中，能夠平衡靈活度、時間和節(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，因為它們缺少用于遠程編程的電路，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置衰減值。手動作業(yè)會增加配置的時間，而且無法適應所有的測試場景，例如衰減隨時間改變的dB值設定，以仿真信號衰減。

 

即使是輸入功率的規(guī)格也會對于預算造成壓力。由于測試設備的組件功耗特性，通常接受有限的天線或接取點輸入功率，約1W，而不是典型的商用40W設備。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。

 

雖然嚴格來說不算是折衷，但使用技術上中性的語言有助于拓展選擇合適測試設備的范圍。舉例來說，LTE無線設備所使用的頻率在每個國家都不同，必須指定實際的頻率范圍。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，可確保搜索結果更準確。

 

 

折衷也會影響未來。測試工程師不能只考慮現在的需要，因為測試設備通常無法重新配置。如果你買了一臺僅適合現有項目的設備，等到明年可能提出其他需要更高擴展性的設計要求，那時就必須再添購新的測試系統(tǒng)了。而第二臺設備也許能夠覆蓋當前與未來的測試案例，因此過度節(jié)省的經濟策略反而會弄巧成拙。

 

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頻率范圍內測試收發(fā)機，那么客制化的測試系統(tǒng)成本實際上與覆蓋698MHz至3GHz頻率范圍的成本是相當的，因為后者可能會使用更多的標準組件，因而取得現成組件的成本效率。

 

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。在典型范圍內所能涵蓋的測試衰減需求越多，測試系統(tǒng)使用更便宜標準組件的可能性就越大。

 

 

收發(fā)機測試設備中的每個埠都代表待測無線電設備之一的RF信號。無線部份經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)機測試設備中共有三種配置：完全扇出；有限扇出；集中扇出。

 

完全扇出是最靈活的，因為它提供了一種完全網格狀的矩陣。它也是最貴的，因為它需要最多的RF組件。在完全扇出的配置中，兩個無線設備對之間的每條可能路徑都有一個對應的衰減器。如果有12個埠，就有(12×11)/2或66條可能的雙向路徑，每條路徑都需要一個可編程的衰減器。如果是6個埠，就有(6×5)/2或15條可能的路徑，因此需要15個可編程的衰減器。

圖1：12端口的完全扇出配置。這種12埠設計共有66個可編程衰減器

 

在有限扇出配置中，每個端口連接到任一側側其它埠的特定子集。如果你用的是12埠的盒子，并擁有一個8埠有限扇出的設計，那么這12埠中的每一個都將連接到正上方的4個扇出和正下方的4個扇出。這將使需要衰減器的路徑數量減少到48個。埠數越多，有限扇出設計就更具經濟效益。一個36埠完全扇出盒子需要630個可編程衰減器。如果改用一個36埠12有限扇出的設計，只需要216個可編程衰減器，大幅節(jié)省約三分之二。如果在實際使用中有限扇出可以勝任，無線電設備將從地理上擴展得足夠遠，因而無須讓所有設備都直接通訊。

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阻性功率分波/混波器進行連接。圖中總共有12個可編程的衰減器

 

集中扇出是最簡單的設計，使用輪輻拓撲。每個埠只有一個可編程衰減器。但這將犧牲其靈活度。每臺無線電設備透過測試系統(tǒng)在同一時刻只能與一臺其它無線電設備通訊。

 

當你設置好一個埠上的衰減器時，你就限制了它到其它埠的傳輸，不能再為每個可能的通訊設備單獨設置衰減值。你仍然可以在任何一對無線電設備之間編程特定的衰減值，但會失去對于其它可能路徑上的衰減值進行控制的靈活度。

圖3：一種12埠的有限扇出設計。每個埠只連接到8個最近的相鄰埠(4個上方的相鄰埠和4個下方的相鄰埠)。這種設計需要48個可編程衰減器

 

 

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、蜂窩天線塔或連接到通訊網絡的其它類型。輸出端口代表手持設備或移動設備。在這個案例中，術語“輸入”和“輸出”是命名慣例，因為信號交遞測試系統(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；手動交遞。

 

與收發(fā)機測試系統(tǒng)一樣，一個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。每個輸入埠被連接到一個RF分波器/混波器，并根據輸出端口數將信號劃分成多條路徑。每條路徑都有一個衰減器。然后每條路徑針對相關的輸出端口導入分波/混波器。為了取得完全扇出交遞系統(tǒng)中的路徑數量，必須將輸入埠數乘以輸出埠數。一個8×4的系統(tǒng)需要為每個輸入端口配置一個1×4的分波/混波器、4個衰減器，并針對每個輸出端口配置一個1×8分波/混波器。因此總共有32個衰減器和12個分波/混波器。

 

在一個有限扇出配置中，每個輸入都有一個衰減器，因此相同的信號強度可到達所有天線。所有的輸入導入同一個分波/混波器，然后再導向連接輸出的另一個分波/混波器。對于8×4的配置來說，只有8個衰減器和2個分波/混波器。雖然組件數量較少，但你無法從手持設備到天線的每條路徑都為其單獨調整衰減值。

 

手動交遞系統(tǒng)也使用有限扇出配置。手動和編程有限扇出之間的區(qū)別在于，在手動系統(tǒng)中以手動旋轉衰減器取代可編程衰減器。手動交遞系統(tǒng)是最簡單、最便宜的類型，通常應用在早期的研發(fā)階段。

 

 

有選擇當然很棒，但也可能使得決策過程復雜化。沒有人能告訴你怎么做最能滿足特定需求，因為沒有其他人能為你權衡你自己的計劃、復雜性和預算。然而，機會在于你可以找到合適的測試設備類型來滿足特定需求。