摘要：傳統(tǒng)工程面對一個新的無線標準的測試的反應(yīng)往往涉及選擇一臺技術(shù)規(guī)范接近的臺式儀器。對于具有多項測試需求的自動化測試系統(tǒng)，這一方式通常會導(dǎo)致面向系統(tǒng)內(nèi)的每一項測試需求采用不同的臺式儀器。當這些測試需求統(tǒng)一且保持不變時，這一方法或許可以奏效，但是，對于現(xiàn)今的復(fù)雜RF設(shè)備（它往往采用多個無線標準）的測試，它會變得麻煩、緩慢且終成本更高。

對于具有多項測試需求的自動化測試系統(tǒng)，這一方式通常會導(dǎo)致面向系統(tǒng)內(nèi)的每一項測試需求采用不同的臺式儀器。當這些測試需求統(tǒng)一且保持不變時，這一方法或許可以奏效，但是，對于現(xiàn)今的復(fù)雜RF設(shè)備（它往往采用多個無線標準）的測試，它會變得麻煩、緩慢且終成本更高。一種軟件定義的方式非常適合RF驗證、確認和生產(chǎn)測試的自動化，而傳統(tǒng)的RF臺式儀器將繼續(xù)在設(shè)計工作臺上發(fā)揮重要的作用。

儀器揭秘

現(xiàn)今的工程師們?yōu)榱藵M足其RF測試需求，必須超越常規(guī)的臺式儀器思維。然而，為了做到這些，他們首先需要了解一個典型的RF臺式儀器的內(nèi)部細節(jié)。在每個約38000立方厘米的金屬與塑料的薄片封裝內(nèi)是一個廠商定義的世界，包括構(gòu)成一個RF臺式儀器的組件;典型情況下，它包括一個電源、處理器、PC主板或背板、嵌入式操作系統(tǒng)、測量庫和一個軟件顯示裝置。一個臺式儀器的傳統(tǒng)吸引力在于將這些應(yīng)用于一組特定測量需求的匹配組件組合在一起。

這一方式可以滿足具有常見測試需求的RF設(shè)備的測試。然而，近些年來，一個臺式儀器面向自動化RF測試的效率業(yè)已隨著無線設(shè)備的特性的持續(xù)變化而顯著衰退。無線設(shè)備的產(chǎn)量也超過了傳統(tǒng)RF臺式儀器的典型測試吞吐量，因為更為緩慢的處理器和數(shù)據(jù)總線技術(shù)往往比當前的PC技術(shù)落后好幾代。對于傳統(tǒng)RF儀器的組成和采用測量功能固定與次優(yōu)的I/O處理所面臨的挑戰(zhàn)的清晰理解，有助于工程師們超越常規(guī)考慮如何滿足RF自動化測量的需求。

Software-Defined Approach 軟件定義的方式

所有類型的自動化測量系統(tǒng)（包括RF）向軟件定義的儀器系統(tǒng)的遷移，正快速增長，預(yù)計截止2009年底將有100000個基于PXI的系統(tǒng)被發(fā)布，其中包括超過600000個軟件定義的儀器模塊。開放的、用戶定義的軟件與模塊化的、基于PC的硬件非常適合自動化的RF測試應(yīng)用，因為它們提供了高性能的處理器與數(shù)據(jù)總線、靈活的I/O外設(shè)、緊湊的模塊化設(shè)計、智能的電源分配與監(jiān)測和整個系統(tǒng)內(nèi)的定時與同步。

換言之，該實現(xiàn)自動化的RF測試的軟件定義方式使用了與傳統(tǒng)RF臺式儀器類型相似的組件，但在一個模塊化、用戶定義的架構(gòu)中運用這些組件。該方式為工程師們提供了高性能的組件，用戶可編程的I/O與分析，以及一個在要求嚴格的RF測試環(huán)境中已證明其可靠性的緊湊外形尺寸。對于超越傳統(tǒng)臺式儀器進行思考的工程師們，終的回饋是一個更快速、更靈活且具有相同精度的RF測試解決方案――所有這些只需要在一個系統(tǒng)內(nèi)堆砌傳統(tǒng)RF儀器的成本的幾分之一。為了進一步理解面向RF的軟件定義的儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，我們考察下面的案例，它們描述了該方式的速率、靈活性和精度如何在滿足目前的RF測試需求時實現(xiàn)顯著的性能提升。

測量速率――WLAN

軟件定義的PXI測量系統(tǒng)的核心優(yōu)勢之一便是比傳統(tǒng)RF儀器高得多的測量速率。雖然這一優(yōu)勢在測試多個無線標準時會有惡化，但是，工程師們也可以在測試單個標準（如無線局域網(wǎng)（WLAN））時顯著提升速率。

WLAN測量，如誤差矢量幅度（EVM）和頻譜模板，需要大量的信號處理。憑借PXI控制器中的多核CPU，工程師們可以利用軟件定義的RF儀器系統(tǒng)，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF矢量信號分析儀，以超過5-10倍的速率執(zhí)行這些測量。而且，利用面向LabVIEW的NI WLAN工具集的工程師們可以在每次一個更快速的PXI多核控制器發(fā)布時，自動升級其測量性能，因為測試庫是專為多核執(zhí)行而設(shè)計的。在圖1中，觀察關(guān)于在各種RF信號分析儀上進行一個54 Mbps突發(fā)信號的EVM和功率測量的WLAN測量時間的比較。

基于NI LabVIEW的PXI WLAN測量系統(tǒng)中所采用的高性能多核處理器，以超過傳統(tǒng)向量信號分析儀和專用WLAN儀器盒5-10倍的速率，執(zhí)行絕大多數(shù)的IEEE 802.11a/b/g測量。
靈活的儀器系統(tǒng)――廣播射頻

軟件定義的儀器系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢在于利用相同的RF硬件測試多個無線標準的靈活性。現(xiàn)今的無線設(shè)備需要滿足與日俱增的大量標準。例如，現(xiàn)代的智能電話往往支持少六項無線標準，如GSM/EDGE/WCDMA、藍牙、GPS以及甚至WLAN。此外，一些現(xiàn)代廣播射頻接收裝置支持10項以上無線標準，包括AM/FM、RDS/RDBS、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS承載的TMC以及甚至DARC。因而，在無線測試中顯然需要一個足夠靈活以便在新的無線標準涌現(xiàn)時對其進行處理的儀器系統(tǒng)。

利用軟件定義的儀器系統(tǒng)，工程師們可以在LabVIEW中創(chuàng)建任意的廣播射頻信號，并將其下載至一個PXI RF向量信號發(fā)生器的存儲器中，以進行即時廣播測試。例如，Averna公司（一個NI優(yōu)選聯(lián)盟合作者）的工程師們提供了基于PXI的通用射頻測試儀（URT），以利用相同的RF儀器系統(tǒng)測試多個射頻標準。一個典型的Averna URT系統(tǒng)如圖2所示。


圖2.單個Averna URT可以廣播、發(fā)生和RF記錄及回放多個廣播射頻標準的信號。

除了生成射頻廣播標準外，Averna URT執(zhí)行RF記錄與回放。該技術(shù)充分利用了PXI數(shù)據(jù)總線的高數(shù)據(jù)速率和LabVIEW軟件的高性能數(shù)據(jù)存儲與處理。通過在實驗室中記錄和回放RF信號，工程師們可以驗證接收裝置，如FM、DVB-T或GPS接收裝置，在其終的發(fā)布環(huán)境內(nèi)如何工作。

的儀器系統(tǒng)――WiMAX

軟件定義的RF儀器系統(tǒng)后一項優(yōu)勢在于工程師們可以以比傳統(tǒng)儀器更低的成本進行高精度的測量。隨著新的無線標準（如WiMAX和第三代合作伙伴計劃（3GPP）的長期演進技術(shù)（LTE））的涌現(xiàn)，許多無線設(shè)備必須滿足比以往更嚴格的RF性能要求。例如，對于54 Mbps、64-正交幅度調(diào)制（QAM）的信號類型，一個802.11a/g （WLAN）發(fā)射裝置的小EVM需求為-25 dB。如3GPP LTE和WiMAX等更新的標準則需要滿足甚至更高的RF性能需求。相比之下，對于一個相似的64-QAM信號類型，一個802.16-2004（固定的WiMAX）設(shè)備的小EVM需求為-31 dB，即要求更好的RF性能。

現(xiàn)今的軟件定義的儀器系統(tǒng)幫助工程師們以低于以往可能的成本實現(xiàn)的RF測量性能。三年前，一個RF向量信號發(fā)生器和分析儀，如果能夠?qū)崿F(xiàn)面向固定的WiMAX的-45 dB EVM測量和面向WCDMA的65 dBc相鄰?fù)ǖ佬孤侗龋ˋCLR）測量，那么，無論來自哪一家廠商，其價格都會超過十萬美元。然而，今天，工程師們可以利用新型PXI儀器，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF向量信號分析儀和NI PXIe-5673 RF向量信號發(fā)生器，實現(xiàn)這一水平的精度，其成本低于6.5萬美元（包括底板和控制器）。這兩款儀器均采用了新的16-位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器和一個具有寬即時頻帶（分別為50 MHz和100 MHz）的低相位噪聲合成器（在1 GHz處為-110 dBc/Hz），以實現(xiàn)低成本的測量。

例如，考慮NI PXIe-5663和PXIe-5673對于一個3.5 GHz的固定的WiMAX信號的殘余EVM性能。利用面向固定的WiMAX的新型NI測量套件，工程師們可以可視化展現(xiàn)一個16-QAM信號的星座圖。該圖形提供了調(diào)制精度的一個可視化表示，其中更小的點意味著更好的RF性能。圖3中所報告的EVM為-46 dB（即0.5%），該結(jié)果比固定的WiMAX設(shè)備的小性能需求高出15dB。




圖3。與來自其他測試廠商的更為昂貴的RF儀器系統(tǒng)進行的16-QAM EVM的WiMAX星座圖相測量的比較。

隨著關(guān)于測量速率、靈活性和精度的需求的提高，工程師們必須繼續(xù)打破常規(guī)進行思考，以獲得創(chuàng)新的RF測試解決方案。幸運的是，模塊化的、軟件定義的儀器系統(tǒng)賦予工程師們新的工具，以測試大量無線標準數(shù)量的持續(xù)增長。