Die kommerzielle Funktechnologie hat in vielerlei Hinsicht einen Wendepunkt erreicht. Die Marktnachfrage nach drahtloser Kommunikation steigt rasant, angetrieben durch den Trend zu datenintensiven Anwendungen wie SMS, Web-Browsing und Video. Kunden erwarten ständig höhere Bandbreiten, und Dienstanbieter möchten neben Sprachdiensten auch hochwertige Zusatzleistungen anbieten – ein etablierter Markt.
Um diesen neuen Kundenanforderungen gerecht zu werden, entwickelt sich die zugrundeliegende Technologie für Sprach- und Datendienste stetig weiter. Diese Anwendungen erfordern hohe Übertragungsgeschwindigkeiten für eine einfache Bedienung und schaffen so neue Zugriffswege für die Nutzung des begrenzten Frequenzspektrums. Spektral effizientere Modulationsverfahren und digitale Codierungsverfahren kommen zum Einsatz und ermöglichen verbesserte Bandbreiten – von 200 kHz in den 1990er-Jahren auf aktuell 40 MHz.

Der Wechsel von SISO zu MIMO-Technologien ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme im selben Frequenzspektrum. Diese parallelen Datenströme können entweder zur Steigerung des Datendurchsatzes durch die Übertragung unterschiedlicher Datenströme an jede Antenne oder zur Erhöhung der Reichweite durch die Übertragung desselben Datenstroms an alle Antennen genutzt werden.
Dieser Wandel wurde maßgeblich durch die Nachfrage der Verbraucher nach mobilen Diensten und die sinkenden Kosten der für den Einsatz von drahtlosen Hochgeschwindigkeitssystemen benötigten DSP-Technologie vorangetrieben. MIMO-Technologie findet heute in einer Vielzahl kommerzieller Kommunikationsgeräte Anwendung, darunter Mobiltelefone, PDAs und Laptops. Das Ergebnis sind hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten mit diesen Endgeräten.

Trends und Herausforderungen beim
MIMO-Testing: MIMO erreicht eine neue Stufe der spektralen Effizienz und ermöglicht die Übertragung und den Empfang mehrerer Signale. Hohe spektrale Effizienz geht jedoch mit hoher Komplexität einher.
Der Übergang von SISO-basierten Systemen zu MIMO birgt einige bedeutende Herausforderungen, die Testingenieure und -techniker berücksichtigen müssen.
Eine weitere Herausforderung, die sich aus der Komplexität von MIMO und OFDM ergibt, ist die Anzahl der Datenströme, die das Testsystem im selben Zeitrahmen verarbeiten kann. Beispielsweise unterstützen WLAN und LTE Konfigurationen mit vier Datenströmen, während die aktuelle WiMAX-Technologie zwei Datenströme unterstützt.
Eine Herausforderung am Testempfänger besteht darin, ein gemischtes Signal in mehrere unabhängige Signale oder Datenströme zu zerlegen. Die größte Herausforderung ist jedoch die Synchronisation. Die Übertragung mehrerer Signale erfordert eine präzise Synchronisation mehrerer Kanäle hinsichtlich Phase und Abtastung. Daher müssen Signalanalysatoren und Signalgeneratoren präzise eingestellt werden, um genaue und reproduzierbare Messungen zu gewährleisten.
Eine weitere Herausforderung für die Testausrüstung ist die Bandbreite (BW). WiMAX und LTE benötigen beispielsweise eine Bandbreite von 20 MHz, während WLAN (802.11) 40 MHz benötigt. Daher muss die Testausrüstung flexibel genug sein, um große Bandbreiten zu verarbeiten, idealerweise ohne die Anschaffung zusätzlicher Messgeräte.
Die Verwendung mehrerer Standards in zahlreichen drahtlosen Geräten nimmt zu, oder ein einzelner Hersteller produziert mehrere Geräte, die unterschiedliche Standards verwenden. Folglich muss die Testausrüstung eine Vielzahl von Formaten unterstützen (z. B. GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, cdmaOne und cdma2000). Die Messgeräte müssen die notwendigen Messungen für alle Formate präzise durchführen können, beispielsweise mit geringen Fehlern in Vektorgrößen (EVMs). Wenn ein Hersteller neue Standards einführt, erfordert dies Migrationen der Testausrüstung. Idealerweise sollte die Testausrüstung einfach und kostengünstig für neue Mobilfunk- und Modulationsformate aktualisiert werden können – möglicherweise nur durch Software-Updates.

Branchenreaktion auf Kostensensibilität:
Mit zunehmender Komplexität drahtloser Geräte sinken die Gewinnmargen aufgrund des Wettbewerbsdrucks. Gleichzeitig wird das Testen aufwendiger, was die Stückkosten in die Höhe treibt. Angesichts schrumpfender Margen suchen Hersteller nach Möglichkeiten zur Kostenreduzierung, insbesondere bei Testgeräten und Testkosten. Dies betrifft nicht nur die Produktion, sondern auch die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen. In beiden Bereichen besteht ein wachsender Bedarf an kosteneffizienten Testgeräten mit erweiterter Funktionalität, hohem Durchsatz und einfacher Bedienung.
Bezüglich der Anzahl der Datenströme in einem bestimmten Zeitraum in WLAN, LTE und WiMAX ist ein Hauptziel, die Kosten pro Datenstrom zu senken, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Die Kosten für Testgeräte, insbesondere für MIMO-Systeme, können jedoch schnell ansteigen.
Geräteentwicklungen waren bisher nicht auf diese Herausforderungen ausgerichtet. Die MIMO-Testplattform der nächsten Generation von Keithley beispielsweise ermöglicht die einfache und kostengünstige Integration neuer Signalstandards und MIMO-Konfigurationen. Das System besteht aus dem neuen HF-Vektorsignalgenerator Modell 2920, dem Vektorsignalanalysator Modell 2820, der MIMO-Timing-Einheit Modell 2895 und der SignalMeister™-Software zur Wellenformgenerierung. Es unterstützt MIMO-Messungen bis zu 8x8 und wird typischerweise für Funkstandards wie 802.11n WiFi, 802.16e Mobile WiMAX Wave 2 sowie zukünftige Standards wie 3GPP Release 8 LTE und UMB (Ultra Mobile Broadband) eingesetzt. Diese  
Leistungsfähigkeit basiert auf aktuellen Innovationen der Branche. So lässt sich beispielsweise ein auf Software-Defined Radio (SDR) basierender DSP problemlos an wechselnde Testanforderungen anpassen. SDR-basierte Geräte können mit einer einfachen Softwareerweiterung nahezu jedes Signal generieren oder analysieren. Dies verlängert die Lebensdauer der Geräte, da das Testsystem leicht erweiterbar ist. Die DSP-Technologie bietet zudem eine herausragende Leistung. Sie gewährleistet präzise und reproduzierbare Signale, die Messfehler minimieren. DSP-basierte Vektorsignalanalysatoren können ebenfalls niedrige EVM-Werte kanal- und symbolbezogen messen.
Die DSP-Technologie trägt zudem zu einem höheren Durchsatz bei. Sie ermöglicht schnellere Abstimmungen mit Frequenzumschaltungen in weniger als einer Millisekunde über mehrere Frequenzschritte. Auch die Einschwingzeit nach Amplitudenänderungen beträgt nur wenige Millisekunden. Eine DSP-Plattform wird typischerweise durch einen relativ großen Wellenformspeicher ergänzt. Dadurch können viele Wellenformen gleichzeitig gespeichert und sofort abgerufen werden.
Durch die kosteneffiziente Kombination all dieser Technologien hilft die neueste Generation von HF-Testgeräten Herstellern drahtloser Geräte, ihre gesamten Testkosten zu senken. Sie können mehr Tests schneller durchführen und so die Markteinführungszeit verkürzen, während gleichzeitig die Korrektheit kritischer Parameter sichergestellt wird.

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Über den Autor:
Mark Elo ist Marketingdirektor bei Keithley Instruments . Er kam 2006 zu dem Unternehmen, nachdem er zuvor bei Agilent Technologies in verschiedenen Positionen im Marketing und in der Forschung und Entwicklung tätig war. Elo besitzt einen Bachelor of Science mit Auszeichnung in Ingenieurwissenschaften von der University of Salford in Lancashire, England, und einen MBA von der Heriot-Watt University in Edinburgh, Schottland.

Keithley Instruments wird in Spanien durch die Firma Instrumentos de Medida, SL