決定無(wú)線(xiàn)測試系統未來(lái)的三個(gè)趨勢

　　概覽

　　本文將說(shuō)明無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的三個(gè)趨勢，這三個(gè)趨勢不僅影響RF測試儀器的設計，還影響工程師使用這些工具的方式。

　　正文

　　早上7點(diǎn)，你被收音機鬧鐘播放的精典搖滾音樂(lè )鬧醒。老天，這是什么歌?配備RDS標準的收音機屏幕上滾動(dòng)顯示出“Wanted Dead or Alive - John Bon Jovi”數字文本。在你吃早餐時(shí)，可以通過(guò)WLAN收發(fā)器從在家里查看電子郵件。準備出發(fā)上班時(shí)，你進(jìn)入車(chē)庫，用315MHz FSK發(fā)射器打開(kāi)車(chē)門(mén)鎖，然后通過(guò)43MHz ASK發(fā)射器發(fā)出另一個(gè)信號打開(kāi)車(chē)庫門(mén)。從車(chē)庫倒車(chē)出來(lái)時(shí)，你可以享受衛星無(wú)線(xiàn)電臺給你提供的商業(yè)免費娛樂(lè )節目。你一邊聽(tīng)著(zhù)歌，一邊就可以上班了。稍過(guò)一會(huì )，你就可以耳戴藍牙收發(fā)器，手拿3G手機。接著(zhù)，需要跟老板核對一下訂單，看起來(lái)今天你得外出干活了。很快，你的GPS導航系統就得到一個(gè)3D定位，這樣你就準備出發(fā)了。GPS接收器的聲音提示告訴你使用收費道路，路上將使用RFID讀卡器向你收取適當的費用。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，RF技術(shù)無(wú)處不在。但是，隨著(zhù)采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)用戶(hù)劇增，涉及這些產(chǎn)品生產(chǎn)工作的工程師們所面臨的挑戰也在隨之增加。事實(shí)上，在很多方面，RF測試市場(chǎng)是與無(wú)線(xiàn)消費產(chǎn)品市場(chǎng)并行發(fā)展的，新測試儀器的特性是由新消費產(chǎn)品決定的。

　　本文將說(shuō)明無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的三個(gè)趨勢，這三個(gè)趨勢不僅影響RF測試儀器的設計，還影響工程師使用這些工具的方式。這三個(gè)趨勢是：

　　• 片上系統(SOC)集成度的提高;
　　• 新的標準需采用更先進(jìn)的調制技術(shù);
　　• 縮短測試時(shí)間的壓力增大。

　　通過(guò)了解這三個(gè)趨勢，我們就能理解：為什么必須有通用、軟件定義和具有內在靈活性的測試平臺來(lái)滿(mǎn)足這些行業(yè)需求。二十年前，美國國家儀器公司的人員率先提出“虛擬儀器”的概念，來(lái)描述采用可自定義軟件和模塊測量硬件來(lái)創(chuàng )建用戶(hù)定義測量方案的系統。盡管當時(shí)人們對此概念仍有爭議，但現在我們看到：RF和通信行業(yè)正在推動(dòng)這樣的測量方法的發(fā)展。

　　趨勢1：片上系統集成度的提高

　　幾年以來(lái)，消費者要求產(chǎn)品功能更豐富，這就使在同一設備中集成的無(wú)線(xiàn)標準越來(lái)越多。無(wú)論該設備是手機，抑或是汽車(chē)，設備中裝備更多RF收發(fā)器的可能性都在增大。

　　五年前，當我看見(jiàn)我的手機除了支持四頻帶GSM外還具備藍牙收發(fā)器，我覺(jué)得很驚奇。而現在，任何不帶藍牙連接和3G網(wǎng)絡(luò )支持功能的手機都會(huì )被視為過(guò)時(shí)。事實(shí)上，下一代智能手機很可能將支持更大范圍的標準，包括GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX、WLAN、DVB-H、Bluetooth甚至GPS。當然，集成多個(gè)標準也不僅僅局限于蜂窩通訊領(lǐng)域。在汽車(chē)領(lǐng)域，現在的信息娛樂(lè )系統設計不僅支持傳統的AM/FM收音機，還可以通過(guò)GPS提供導航服務(wù)，以及通過(guò)ATSC或DVB-T廣播視頻提供視頻娛樂(lè )節目。

　　SOC集成度提高最明顯的例子出現在無(wú)線(xiàn)LAN(WLAN)領(lǐng)域。在該領(lǐng)域，RF前端、WLAN基帶和藍牙基帶都已經(jīng)集成到單個(gè)芯片中。此外，還有很多具備無(wú)線(xiàn)連接的“多標準”消費設備。例如，傳統的GPS設備中只有RF接收器作為GPS RF前端，而現在的GPS接收器則可能還會(huì )提供藍牙，甚至AM/FM功能。

　　正如所預料到的，消費層多標準集成度的提高也已逐漸使半導體行業(yè)的價(jià)值鏈變差。為了同時(shí)實(shí)現低成本和小尺寸，很多芯片廠(chǎng)商現在都提供在同一片芯片上集成多個(gè)收發(fā)器的SOC架構。

　　在半導體和消費產(chǎn)品兩個(gè)層面向更高集成度的轉變對消費者是有利的，而對于工程師，事實(shí)證明這對于測試是個(gè)巨大的挑戰。在過(guò)去，工程師可以針對需要測試的各個(gè)標準使用不同的臺式儀器。導航設備可以用GPS仿真器、蜂窩設備可以用無(wú)線(xiàn)測試套件，即使WLAN和藍牙測試也可以用專(zhuān)用的WLAN和藍牙測試設備套件。然而，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)設備集成度的提高，原來(lái)的方法過(guò)于昂貴。因此，無(wú)線(xiàn)測試領(lǐng)域也發(fā)生了根本性的變化。

　　所以，未來(lái)主流趨勢將是提供可以測試大量無(wú)線(xiàn)標準的通用RF發(fā)生器和分析儀。例如，通過(guò)基于LabVIEW的PXI RF測量系統，相同的硬件可用于測試AM、FM、RDS、XM/Sirius、ATSC、DVB、ISDB-T、UHF RFID、GPS、GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX、WLAN和其他標準。當產(chǎn)品設計中加入新標準時(shí)，測試多個(gè)無(wú)線(xiàn)標準的工程師就不再需要每加一個(gè)標準就購買(mǎi)一臺新的儀器。此外，許多通用儀器可以過(guò)一段時(shí)間就進(jìn)行升級，以實(shí)現對新標準或新出現的標準的測試功能。

　　趨勢2：新的標準

　　在上個(gè)年代，無(wú)線(xiàn)通訊行業(yè)經(jīng)歷了不斷的革新，新的無(wú)線(xiàn)手機和網(wǎng)絡(luò )設備達到了前所未有的數據速率。但是，這種革新也有代價(jià)，它也給現在的測試工程師帶來(lái)了巨大的挑戰。下一代通訊設備不僅更為復雜，而且還對測量質(zhì)量要求更高。

　　無(wú)線(xiàn)通訊系統最近的一個(gè)主流革新是MIMO-OFDM(多入多出–正交頻分復用)的出現。1949年，Claude Shannon提出了后人稱(chēng)為“香農定理”的公式，它指出最大信道容量受帶寬和信噪比(SNR)的限制，如公式1所示。

　　容量=帶寬xlog2(1+SNR) 公式1.香農定理

　　近年中，人們對技術(shù)做出很大的改進(jìn)，以求提高無(wú)線(xiàn)通訊信道的效率。盡管有很多傳統的信道，如ATSC(廣播視頻)和GSM(蜂窩)就采用單載波調制方案，但使用如OFDM(正交頻分復用)這樣的技術(shù)可以達到更高的效率。事實(shí)上，DVB-T和IEEE 802.11a/g等一些標準已經(jīng)使用OFDM來(lái)提高信道效率。

　　香農定理可用于說(shuō)明單天線(xiàn)系統的最大吞吐量，但通過(guò)采用多天線(xiàn)系統可以得到更高的吞吐量。事實(shí)上，固定和移動(dòng)應用對數據速率的要求不斷提高，導致新一代采用MIMO-OFDM技術(shù)的通訊標準產(chǎn)生。圖1中，我們可以看到新興的標準，如WiMAX/3GPP LTE和IEEE 802.11n?！　?/p>