今天，有越來越多人倚賴無線裝置來管理電子郵件、社交媒體、銀行帳務，並且下載或串流影片和電影。在許多市場中，LTE和LTE-Advanced已經成為主流技術，而下一代5G標準也已經進入前期研究和定義階段。
在蜂巢式通訊應用中，LTE-Advanced是下一個最主要的技術成長領域，以因應消費者需求，直到5G技術能開始推出商用服務為止。許多行動通訊業者致力於部署LTE-Advanced多天線技術，以改善其行動通訊系統的連接性和峰值資料速率。多天線技術可增加發射器、接收器或兩者的天線數量，是提高系統容量的關鍵技術，目前已被應用於無線區域網路(WLAN)標準，如802.11n和802.11ac。
藉由部署多天線技術，業者可實現更出色的頻譜效率和更高的峰值資料速率。以下為目前常用的技術：
路徑分集(Path Diversity)
此技術在發射器或接收器端使用多個天線，藉以改善訊號穩定性，或是讓接收器能夠正確地接收所發送的資料。路徑分集也可部署為傳輸分集(Transmit Diversity)，以便透過發射器端的多個天線，將資料發送到單一接收器。路徑分集還可部署為接收分集，透過單一發射器將資料發送到接收器端的多個天線。如果通道的訊噪比不佳，這兩種多天線配置有助於改善訊號穩定性。
空間多工(Spatial Multiplexing)
這項用於多重輸入/多重輸出(MIMO)的技術，在發射器和接收器端使用兩個或多個天線來提高空間效率。利用MIMO，在發射器或接收器端的每一個天線，可傳送獨立和單獨編碼的資料訊號(資料流)。在通訊電路的每一端，個別天線所傳送的資料將結合在一起，以便盡可能減少錯誤，並且全面提昇資料傳輸速度。
MIMO被廣泛用於許多提供高資料速率的無線技術，例如LTE、LTE-A、WiMAX和WLAN 802.11n/ac。空間多工技術改進了空間效率和單一使用者的資料傳輸速率。多使用者MIMO(Multi-user MIMO)是一種空間多工形式，可在同一頻譜上同時將資料傳送給多個使用者。
波束操控或波束成形
使用多個天線來進行定向發射，以便操控特定接收器的訊號傳輸方向。相同的訊號經由兩個或多個空間分離發射器同時進行傳輸。此技術使用振幅和相位調整技術，以便用破壞性或建設性方式來結合多個傳輸訊號。建設性(或相位同調)訊號可用建設性方式結合起來，進而產生一個波束碼型(Beam Pattern)。利用建設性組合，相結合的訊號可在接收器天線上提供更多的能量，進而產生更穩定的訊號，並且改善接收器端的訊噪比。波束操控/波束成形的好處包括更出色的選擇性、干擾管理、更高的增益，並提供更好的訊噪比。
這些多天線技術被廣泛用於當今的無線通訊系統。多天線技術和多使用者波束成形，預料將成為5G關鍵技術，可利用基地台安裝的數百隻天線，在同一時間與多個行動裝置進行通訊。這項技術又稱為Massive MIMO。
設計和開發使用多天線技術的通訊系統時，隨著天線數量不斷增加，工程師須透過比以往更為複雜的配置來執行必要的系統驗證測試。驗證多天線配置帶來了許多新的挑戰，包括須同時分析多個發射或接收鏈路；以及對MIMO配置進行多通道同步測試。此外，在波束成形應用中，通道之間必須維持精準的時序和同步；而相位同調性可確保適當的通道間相位和振幅量測。多通道同步測試系統具有可擴充性，並可使用共享資源來進行觸發和同步，有助於克服這些測試挑戰。
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| 圖1 使用一個主要CLK來同步資料的擷取或播放。 |
相位同調性
想要讓不同訊號或通道維持同步是個困難的任務，這需要在多儀器環境中進行。一般而言，主要參考訊號可用來校準所有的CLK訊號。在(圖1)所示的情況下，主要參考訊號使用一條PXI觸發線，將初始化觸發傳送到所有從屬的模組。等到所有通道都準備好之後，則主要單元將送出一個觸發事件的訊號，接著所有模組將在下一個10MHz CLK訊號緣上開始運作。此方法可確保所有動作的開始時間均經過校準，因此所有通道可同時進行資料擷取或播放。
通用的時脈參考提供時序校準，但不提供相位同調性。在波束成形應用中，這會帶來問題，因為須透過振幅和相位偏移來建立波束碼型。模擬真實世界的傳輸或量測時，通常需藉助通道之間的相位同調性。如果兩個訊號在時間上具有恆定的相對相位，代表它們具有相位同調性。如果每一次的訊號產生或每個量測通道，都有其獨立產生的訊號，則每個通道的相位特性將各不相同，因而很難在多個通道之間實現恆定的相對相位。
藉由使用提供通道間相位同調性的模組化儀器，可以讓所產生的訊號或量測通道之間。具有相位穩定關係。要獲致真正的相位同調性，方法之一是讓每個通道共用一個本地振盪器(LO)，確保所有通道具有相同的相位特性。利用這種方法，分析儀中的每個降頻器，或是訊號源中的每個調變器，都共享相同的相位特性，包括相位誤差。在恆定的相位和通道間時序偏差(每個儀器路徑中的延遲)下，工程師可全面分析射頻路徑的特性，如(圖2)所示。量測系統必須能夠容納通道之間的振幅和相位差異。如未經過校驗，量測結果的準確度將會下滑。使用校驗技術來修正偏移後，工程師可確定所有量測差異均來自於待測物，而非測試設備。進行修正時，首先需量測通道間的差異，然後再進行調整。其方法是針對每個分析儀通道，每次在每個訊號源通道上產生一個已知的參考訊號，然後對結果進行量測。(圖3)顯示校驗對於波束碼型準確度的影響。
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| 圖2 透過共用的LO來實現多通道分析儀的相位同調 |
綜上所述，有越來越多無線通訊系統相繼採用多天線技術。然而，這將為工程師帶來新的挑戰，因為他們必須針對這些複雜的多通道系統來開發並驗證測試系統和方法。模組化儀器平台提供可擴充的通道數、通道間同步，以及相位同調和其他特性，可有效解決這些問題。
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| 圖3 左右兩圖分別顯示使用和未使用時間和相位修正技術所測得的波束碼型。 |
(本文作者任職於是德科技)