就某個方面來說，無線技術已經完全影響測試與量測產業。根據最近兩年的薪資調查，射頻(RF)量測作業是測試工程師列為首應學習的技術。
直到現在，仍有許多公司讓測試架構不斷整合新的RF量測技術，目前已有兩項重要技術將改變此趨勢。
首先是多重輸入多重輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)無線技術。MIMO毋須額外提高頻寬或傳輸功率，即可大幅提升資料傳輸量與連接範圍，將改變測試程序。
以MIMO技術為架構的通訊標準，包含美國電機暨電子工程師學會(IEEE)802.11n、Mobile WiMAX Wave 2，與3GPP長程演進計畫(Long Term Evolution, LTE)。
而第二項重點技術是於單一系統單晶片(SoC)中整合多組無線電波，如全球衛星定位系統(GPS)與無線區域網路(WLAN)，並將產生新的量測需求。
降低測試成本 提高調整彈性
雖然新無線標準讓消費者享受更方便的產品，但測試工程師必須解決更多難題。在產品逐漸提高複雜度的同時，測試時間與成本亦將往上攀升，必須找出其他評估方案。測試業界也因此更需要多通道的RF測試系統。
多通道RF測試架構可進行平行測試作業，也就是以單一系統同時測試多組無線裝置，或如藍牙(Bluetooth)與3G的多種通訊標準。
MIMO可於傳輸器與接收器上使用多組天線。以2×2的系統為例，其中即包含二組接收器與二組傳輸器。若要於檢驗期間，對MIMO進行完整的特性描述；或要建置如雷達與波束成形(Beamforming)的MIMO技術，均需要多通道RF儀器架構。
今天使用的2×2 MIMO系統，可能到明天就需要8×8 MIMO系統，因此RF測試系統的調整彈性格外重要。透過系統單晶片的多重無線電優勢，工程師可將其他無線技術如MIMO搭載至多款裝置，如新一代的智慧型手機。
在生產程序測試MIMO無線電時，由於並不需要完整的頻譜特性描述，因此一般也不需要多通道架構。但若要測試一組以上的無線電時，就必須使用多通道架構。
若要為多重無線電裝置建構平行的測試架構，則工程師所用的RF儀控必須能隨時彈性調整通道數，且足以測試多重頻率。也因此造就特定RF儀控的新應用領域，且平行的軟硬體架構更必須具備高階同步化功能(圖1)。
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| 圖1 從訊號到軟體，多通道RF測試系統均具備平行的相位同調架構。 |
舉例來說，一般向量訊號分析儀(VSA)硬體架構，均為三階式的超外差(Superheterodyne)降轉換處理架構，可達到多項優點，如IF鏡像抑制(Image Rejection)即可於單通道上擷取寬頻(Wideband)。
針對多通道應用，新的RF儀控則簡化相關架構，如訊號階段(Signal Stage)直接數位降轉換至基頻(Baseband)。這些現有架構搭配現成的低成本、高效能半導體元件，如類比數位轉換器(ADC)/數位類比轉換器(DAC)、現場可編程閘陣列(FPGA)、放大器與衰減器，均可降低儀器成本並保有量測效率。
此外，新款RF儀器必須可立即搭配MIMO，以達到更好的同步化效能，以超越共用訊號的功能如參考時脈(一般均為10MHz)，還有偶發的Start觸發。雖然舊有的多重RF儀器同步化方式，已可確實執行同步化訊號擷取，卻無法達到真正的相位同調(Phase Coherency)。因此，僅共用10MHz參考時脈的多通道RF擷取系統，將可透過通道對通道相位歪曲(Phase Skew)進行特性描述。
若要RF訊號擷取作業的多個通道間，達到真正的相位同調，則必須完整同步化各組RF儀器間的局部振盪器(LO)、ADC取樣時脈，與Start觸發。具備此項功能的儀器，將可於1GHz載波頻率，達到0.1度以下的通道對通道歪曲。
由於處理多重標準的設定時，系統的運算功能十分吃重，因此架構的軟體元件扮演重要的角色。針對各個RF通道均有其專屬的一個或以上的處理單元，現有的軟體架構更可達到平行資料串流作業。
目前市面上常見的平行處理架構，則包含多處理器、超執行緒、多核心與FPGA。另有更多同等技術，即是英特爾(Intel)稱為Nehalem的最新一代微架構(Microarchitecture)所具備的Turbo Boost。
Turbo Boost技術可針對低於功率、電流，與溫度限制的處理器核心，使之達到高於基礎作業頻率的速度。若要完整利用處理器，必須針對演算法語應用軟體層級，套用平行的程式設計技術，如作業平行機制、資料平行機制與管線建構(Pipelining)。
多通道測試架構可減少測試次數、提升測試傳輸量，並妥善利用儀器效能。而架構的彈性也極為重要。舉例來說，MIMO設定即屬於動態設定，而操作各組傳輸器的相位與振幅時，即可最佳化訊號的效能與方線。而搭配額外的MIMO傳輸器時，軟體的複雜度亦將倍增。
如MIMO天線系統的無線技術正蓬勃發展，亦同時影響接收器與RF儀控的設計流程。未來的多通道無線系統，將以低成本的系統為架構，從訊號到軟體均將達到平行效能。
製作MIMO無線通訊連結原型
以德州大學(University of Texas)與卓克索大學(Drexel University)進行的無線研究為例，其挑戰為設計新一代的多重輸出入(MIMO)網路原型。
解決方案包括使用美商國家儀器(NI)PXI RF模組、RF軟體與LabVIEW，提供無線系統設計、建置，與原型製作的有效平台。
其中，國家科學基金會(National Science Foundation-funded)研究計畫，強調MIMO無線系統，傳送器與接收器並同時使用天線陣列(Antenna Array)。
透過MIMO通訊，讓發生多重反射與散射(Scattering)的雜亂市區(由於衍射作用讓訊號品質大幅變動)，亦可進行高品質且高產能的通訊作業。
該技術已經考慮到下一代的無線區域網路(LAN)、固定式視界內傳輸(FWB)存取，與第四代行動電話系統。此為MIMO無線通訊系統進行原型製作的必備技術，可縮短設計時間，並可對理論研究進行實際驗證。
一般來說，此項研究需要昂貴的專屬硬體，也往往必須耗時進行程式設計，且極難以在校園環境中進行維護。
然而，透過整合式軟體與模組化硬體，可使用所有的無線系統元件建立無線通訊作業，其中包含調變、同步化與均值化(Equalization)，而且硬體可完整進行程式設計，可更輕鬆開發並測試新的概念。
目前專案是由德州大學奧斯汀校區(University of Texas at Austin)與卓克索大學共同建置，包含MIMO通訊點對點(Point-to-point)連結的原型製作，與建置MIMO隨建即連(Ad-hoc)網路等兩個階段。
Ad-hoc網路為不需要中央控制器的無線網路架構，該彈性網路可進行快速部署，並已於軍事與消費性電子應用中引起廣泛注意。
使用LabVIEW調變(Modulaiton)工具組，開發MIMO無線通訊系統的模擬作業。可以透過此模擬系統控制系統參數，包含資料傳輸率與錯誤更正程式碼類型，並且可以針對無線通道中發生的衰退(Fading)與多路徑干擾，提供相關選項。
在專案硬體建置期間，系統將軟體模擬作業轉換為實際的MIMO無線連結，發送器包含一組LabVIEW程式，可建立並調整所將傳送的訊息。而PXI AWG可建立類比波形，PXI-5610 RF升轉換器可進一步將載波(Carrier)調整為2.4GHz。此外，還有一組傳輸天線。接收器則為獨立的PXI系統，包含一組接收天線。
其中，一組PXI-5600 RF降轉換器，可將訊號轉回中頻(IF)頻段，並包含一組PXI-5620高速示波器，還有由學生所撰寫的LabVIEW解調(Demodulation)與分析程式。
建置MIMO Ad-Hoc網路
目前卓克索大學與德州大學均已複製實驗設備，以研究兩種不同的MIMO Ad-hoc網路概念。
第一，在卓克索大學，研究者使用節點的叢集，從電磁(Electromagnetic)觀點研究天線陣列設計、通道的特性描述作業(Characterization)，與干擾管理運算式。
第二，在德州大學，研究者使用節點叢集，以研究接收器運算式、分程傳遞(Relaying)、多個使用者的同步化作業，與MAC設計。
為達到最大的彈性，卓克索大學與德州大學將裝置共具備五個節點的Ad-hoc網路。每個節點將設定包含四組傳輸天線與四組接收天線。透過這個裝置，研究者可以測試多個不同的連接方式。RF收發器可搭配最高20MHz頻寬，並且以ISM/UNII頻進行捷頻(Frequency-agile)作業。
在美商國家儀器PXI-1045機箱中，將以LabVIEW建置實體層(Physical Layer)軟體。並使用一組PXI-8231 Gigabit乙太網路介面卡，以連接美商國家儀器機箱與獨立的Linux機器，該機器將用以建置MAC，與包含Click Modular Router的高階協定。
透過此專案，研究生可實際進行跨層級(Cross-layer)網路設計、MIMO通訊、多重存取、MAC設計、LabVIEW，與原型製作，因此學生極有可能成為無線通訊的新一代領導者。
(本文作者任職於美商國家儀器)