RF軟件定義儀器突破傳統機箱限制 實(shí)現高性能射頻測試

通常情況下，工程師在測試新的無(wú)線(xiàn)標準時(shí)，往往會(huì )選擇使用規格最接近的機箱。對于擁有多種測試需求的自動(dòng)化測試系統來(lái)說(shuō)，上述方法常導致不同的測量需求就需不同的機箱。當測試需求一致且不變時(shí)，機箱測試的方法當然游刃有余，但若要測試符合多種無(wú)線(xiàn)標準的復雜射頻(RF)設備時(shí)，此方法就顯得麻煩、昂貴且緩不濟急。相比之下，軟件定義的測試方法適用于RF的認證、檢驗與產(chǎn)品測試。當然，傳統的RF機箱在設計平臺中仍持續扮演重要角色。

無(wú)線(xiàn)設備演進(jìn)快　測試機箱望塵莫及

現今工程師必須脫離RF測試需求的機箱框架，但是脫離機箱的框架以前，必須先知道一般的RF機箱內部構造與內容物。在每個(gè)大小約38,000立方厘米的金屬板塑料盒中，有著(zhù)各供貨商提供的零件，通常有電源供應器、處理器、計算機主板或背板、嵌入式操作系統、測量鏈接庫與軟件顯示器等。機箱的傳統用處就是配置這些零件，以滿(mǎn)足某個(gè)特定的測量需求。

當RF設備僅需一般的測試需求時(shí)，此方法當然可行。然而近年來(lái)無(wú)線(xiàn)設備的特性不斷演進(jìn)，因此用機箱進(jìn)行自動(dòng)化RF測試的效率大不如前。無(wú)線(xiàn)設備的產(chǎn)能也超過(guò)了傳統RF測試機箱的測試效率，因為機箱內部使用的處理器與數據總線(xiàn)的速度早已不堪使用。但若能了解傳統RF儀器的組成，并知道其固定測量功能與未達最佳標準的輸入/輸出(I/O)處理時(shí)的挑戰，就能協(xié)助工程師針對自動(dòng)化RF測量需求，思考如何脫離機箱的框架。

具備高性能射頻測試　軟件定義儀器脫穎而出

包含RF在內的各種自動(dòng)化測量系統，正快速地從機箱測試轉移到軟件定義儀器操作。至2009年底，估計已出現十萬(wàn)組PXI架構的系統，包含超過(guò)六十萬(wàn)個(gè)軟件定義的儀器模塊。此開(kāi)放式且由用戶(hù)定義的軟件，還有模塊化的計算機架構硬件，均適用自動(dòng)化RF測試應用，且提供最佳性能的處理器與數據總線(xiàn)、周邊輸入/輸出的彈性、精巧的模塊設計、智能型電力分配與監控及準確的同步化頻率與系統。

換句話(huà)說(shuō)，自動(dòng)化RF測試的軟件定義方式，使用了與傳統RF機箱類(lèi)似的零件，卻用在模塊化且使用者定義的架構中，此方法提供了最佳性能的組件、可由用戶(hù)進(jìn)行程序設計的輸入/輸出與分析、精巧的機箱體積可于最嚴苛的RF測試環(huán)境中達到極高且穩定的性能。一旦工程師脫離機箱框架，即可獲得更快、更有彈性且同樣準確的RF測試解決方案。若與在系統中堆棧傳統RF機箱相比，更可降低相關(guān)成本。

為了進(jìn)一步了解RF軟件定義儀器的優(yōu)點(diǎn)，下列范例則說(shuō)明該方法的速度、彈性與準確度，以大幅改善現況并滿(mǎn)足現今的RF測試需求。

掌握速度優(yōu)勢　PXI降低測量時(shí)間

軟件定義的PXI測量系統主要優(yōu)勢之一，即是擁有比傳統RF儀器更短的測量時(shí)間。當測試多重無(wú)線(xiàn)標準時(shí)，此優(yōu)勢就更為明顯。若僅測試無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(WLAN)的單一標準時(shí)，速度亦有大幅提升。

以WLAN測量操作中的錯誤矢量幅度(EVM)與頻譜屏蔽等操作為例，均須處理大量信號。若于PXI控制器中使用多核心中央處理器(CPU)，并搭配美國國家儀器(NI)PXIe-5663 6.6GHz RF矢量信號分析儀等軟件定義的RF儀器，就能以五至十倍的速度進(jìn)行測量。此外，因為測試鏈接庫是針對多核心所設計，因此若針對LabVIEW使用NI WLAN工具組，因此只要市面上出現更高速的PXI多核心控制器，工程師就可自動(dòng)升級測量性能。

圖1針對不同的RF信號分析儀，比較54Mbit/s數據傳輸率之下的EVM操作與功率測量操作，其使用WLAN的測量時(shí)間長(cháng)短。NI LabVIEW軟件的PXI WLAN測量系統中，其高性能多核心處理器在執行大部分的IEEE 802.11a/b/g測量時(shí)，會(huì )比傳統的矢量信號分析儀與專(zhuān)業(yè)WLAN機箱快上約五至十倍的速度。

圖1 比較各種儀器的EVM測量時(shí)間

無(wú)線(xiàn)標準繁雜　軟件定義儀器一把抓

軟件定義儀器的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即是使用相同的RF硬件能測試多重無(wú)線(xiàn)標準?，F今的無(wú)線(xiàn)設備必須滿(mǎn)足越來(lái)越多的標準。以目前的智能型手機為例，通常至少支持六種無(wú)線(xiàn)標準，如全球移動(dòng)通信系統(GSM)、GSM增強數據率演進(jìn)(EDGE)、寬帶分碼多重存取(WCDMA)、藍牙(Bluetooth)、全球衛星定位系統(GPS)，甚至是WLAN。除此之外，有些新款的廣播無(wú)線(xiàn)電接收器甚至可支持十種以上的無(wú)線(xiàn)標準，包含調幅(AM)/調頻(FM)、無(wú)線(xiàn)數據系統(RDS)/無(wú)線(xiàn)廣播數據系統(RDBS)、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS-TMC與DARC等。因此無(wú)線(xiàn)測試儀器必須具有足夠的彈性，才能應付日后出現的新無(wú)線(xiàn)標準。

有了軟件定義儀器之后，工程師便能在LabVIEW軟件當中制造廣播無(wú)線(xiàn)電信號，之后再下載至PXI RF矢量信號產(chǎn)生器的內存中，即可以立刻進(jìn)行廣播測試的操作。舉例來(lái)說(shuō)，NI聯(lián)盟伙伴Averna的工程師，即提供了PXI架構的通用無(wú)線(xiàn)電測試器(URT)，以相同的RF儀器功能即可測試多重無(wú)線(xiàn)電標準。圖2為典型的Averna URT系統。

圖2 單一Averna URT即可廣播產(chǎn)生操作結果與RF紀錄。

除了產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電廣播標準之外，Averna URT還會(huì )執行RF的記錄與播放。該技術(shù)利用PXI數據總線(xiàn)的高數據傳輸率，與LabVIEW軟件的高性能數據儲存/處理功能。通過(guò)記錄RF信號并在實(shí)驗室中播放，工程師就能確認FM、地面波數字視頻廣播(DVB-T)或GPS等接收器在最后部署環(huán)境中的操作狀況。

LTE/WiMAX射頻測試要求嚴苛

軟件定義的RF儀器的最后一項優(yōu)點(diǎn)，即是能以較低成本進(jìn)行高精確度的測量。在第三代合作伙伴項目(3GPP)的長(cháng)程演進(jìn)計劃(LTE)與全球微波存取互通接口(WiMAX)等新的無(wú)線(xiàn)標準出現后，許多無(wú)線(xiàn)設備必須符合更嚴格的RF性能要求。

以802.11a/g傳輸器的最低EVM要求為例，其標準是應以54Mbit/s、64正交振幅調變(QAM)信號類(lèi)型達到-25分貝。3GPP LTE與WiMAX等較新的標準，對RF性能規定都更嚴格。以類(lèi)似64QAM信號類(lèi)型的802.16-2004(Fixed WiMAX)設備為例，其對最低EVM要求便達-31分貝，相比于過(guò)往對RF性能的要求來(lái)說(shuō)，是更加嚴格的測量標準。

現今軟件定義的儀器，可協(xié)助工程師以更低成本達到世界級的RF測量性能。2007年，Fixed WiMAX的EVM測量要能達到-45分貝；而WCDMA鄰近通道泄漏比(ACLR)測量要能達到65dBc。不論向誰(shuí)購買(mǎi)此類(lèi)RF矢量信號產(chǎn)生器與分析器，均須要價(jià)10萬(wàn)美元以上。但現在僅需NI PXIe-5663 6.6GHz RF矢量信號分析儀，與NI PXIe-5673 RF矢量信號產(chǎn)生器等新款PXI儀器，即可達到上述的精確度。此兩套儀器在瞬間帶寬上(前者是50MHz，后者是100MHz)，均使用最新16位模擬數字轉換器(ADC)與數字模擬轉換器(DAC)，還有低相位噪聲合成器(以1GHz達到-110dBc/Hz)，能使用低成本進(jìn)行精確測量。

針對3.5GHz的Fixed WiMAX信號，以NI PXIe-5663與PXIe-5673的EVM殘余(Residual)性能為例。若為Fixed WiMAX使用新的NI測量套餐(Measurement Suite)，工程師則可得到16QAM信號的星坐標繪圖，其EVM值為-46分貝(0.5%)，比Fixed WiMAX設備的最低性能要求還高出15分貝(圖3)。

圖3 其他測試供貨商的昂貴RF儀器相比，16-QAM EVM測量的WiMAX星坐標繪圖更具競爭力。