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超越臺(tái)式儀器的思維―一種實(shí)現(xiàn)RF測(cè)試的軟件定義方式

2009-06-23 來(lái)源:icbuy億芯網(wǎng) 字號(hào):
  傳統(tǒng)工程面對(duì)一個(gè)新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試的反應(yīng)往往涉及選擇一臺(tái)技術(shù)規(guī)范最接近的臺(tái)式儀器。

  對(duì)于具有多項(xiàng)測(cè)試需求的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),這一方式通常會(huì)導(dǎo)致面向系統(tǒng)內(nèi)的每一項(xiàng)測(cè)試需求采用不同的臺(tái)式儀器。當(dāng)這些測(cè)試需求統(tǒng)一且保持不變時(shí),這一方法或許可以奏效,但是,對(duì)于現(xiàn)今的復(fù)雜RF設(shè)備(它往往采用多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn))的測(cè)試,它會(huì)變得麻煩、緩慢且最終成本更高。一種軟件定義的方式非常適合RF驗(yàn)證、確認(rèn)和生產(chǎn)測(cè)試的自動(dòng)化,而傳統(tǒng)的RF臺(tái)式儀器將繼續(xù)在設(shè)計(jì)工作臺(tái)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(cè)試需求,必須超越常規(guī)的臺(tái)式儀器思維。然而,為了做到這些,他們首先需要了解一個(gè)典型的RF臺(tái)式儀器的內(nèi)部細(xì)節(jié)。在每個(gè)約38000立方厘米的金屬與塑料的薄片封裝內(nèi)是一個(gè)廠商定義的世界,包括構(gòu)成一個(gè)RF臺(tái)式儀器的組件;典型情況下,它包括一個(gè)電源、處理器、PC主板或背板、嵌入式操作系統(tǒng)、測(cè)量庫(kù)和一個(gè)軟件顯示裝置。一個(gè)臺(tái)式儀器的傳統(tǒng)吸引力在于將這些應(yīng)用于一組特定測(cè)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(jiàn)測(cè)試需求的RF設(shè)備的測(cè)試。然而,近些年來(lái),一個(gè)臺(tái)式儀器面向自動(dòng)化RF測(cè)試的效率業(yè)已隨著無(wú)線設(shè)備的特性的持續(xù)變化而顯著衰退。無(wú)線設(shè)備的產(chǎn)量也超過(guò)了傳統(tǒng)RF臺(tái)式儀器的典型測(cè)試吞吐量,因?yàn)楦鼮榫徛奶幚砥骱蛿?shù)據(jù)總線技術(shù)往往比當(dāng)前的PC技術(shù)落后好幾代。對(duì)于傳統(tǒng)RF儀器的組成和采用測(cè)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(dòng)化測(cè)量的需求。

Software-Defined Approach 軟件定義的方式

  所有類型的自動(dòng)化測(cè)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(zhǎng),預(yù)計(jì)截止2009年底將有100000個(gè)基于PXI的系統(tǒng)被發(fā)布,其中包括超過(guò)600000個(gè)軟件定義的儀器模塊。開(kāi)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(dòng)化的RF測(cè)試應(yīng)用,因?yàn)樗鼈兲峁┝烁咝阅艿奶幚砥髋c數(shù)據(jù)總線、靈活的I/O外設(shè)、緊湊的模塊化設(shè)計(jì)、智能的電源分配與監(jiān)測(cè)和整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的精確定時(shí)與同步。

  換言之,該實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的RF測(cè)試的軟件定義方式使用了與傳統(tǒng)RF臺(tái)式儀器類型相似的組件,但在一個(gè)模塊化、用戶定義的架構(gòu)中運(yùn)用這些組件。該方式為工程師們提供了最高性能的組件,用戶可編程的I/O與分析,以及一個(gè)在要求最嚴(yán)格的RF測(cè)試環(huán)境中已證明其可靠性的緊湊外形尺寸。對(duì)于超越傳統(tǒng)臺(tái)式儀器進(jìn)行思考的工程師們,最終的回饋是一個(gè)更快速、更靈活且具有相同精度的RF測(cè)試解決方案――所有這些只需要在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)堆砌傳統(tǒng)RF儀器的成本的幾分之一。為了進(jìn)一步理解面向RF的軟件定義的儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)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(cè)試需求時(shí)實(shí)現(xiàn)顯著的性能提升。

測(cè)量速率――WLAN

  軟件定義的PXI測(cè)量系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)之一便是比傳統(tǒng)RF儀器高得多的測(cè)量速率。雖然這一優(yōu)勢(shì)在測(cè)試多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)有惡化,但是,工程師們也可以在測(cè)試單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(如無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN))時(shí)顯著提升速率。

  WLAN測(cè)量,如誤差矢量幅度(EVM)和頻譜模板,需要大量的信號(hào)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(hào)分析儀,以超過(guò)5-10倍的速率執(zhí)行這些測(cè)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(gè)更快速的PXI多核控制器發(fā)布時(shí),自動(dòng)升級(jí)其測(cè)量性能,因?yàn)闇y(cè)試庫(kù)是專為多核執(zhí)行而設(shè)計(jì)的。在圖1中,觀察關(guān)于在各種RF信號(hào)分析儀上進(jìn)行一個(gè)54 Mbps突發(fā)信號(hào)的EVM和功率測(cè)量的WLAN測(cè)量時(shí)間的比較。


圖1.比較相互競(jìng)爭(zhēng)的儀器的EVM測(cè)量時(shí)間。

  基于NI LabVIEW的PXI WLAN測(cè)量系統(tǒng)中所采用的高性能多核處理器,以超過(guò)傳統(tǒng)向量信號(hào)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(cè)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(gè)優(yōu)勢(shì)在于利用相同的RF硬件測(cè)試多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的靈活性。現(xiàn)今的無(wú)線設(shè)備需要滿足與日俱增的大量標(biāo)準(zhǔn)。例如,現(xiàn)代的智能電話往往支持最少六項(xiàng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn),如GSM/EDGE/WCDMA、藍(lán)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(xiàng)以上無(wú)線標(biāo)準(zhǔn),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(wú)線測(cè)試中顯然需要一個(gè)足夠靈活以便在新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)涌現(xiàn)時(shí)對(duì)其進(jìn)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(hào),并將其下載至一個(gè)PXI RF向量信號(hào)發(fā)生器的存儲(chǔ)器中,以進(jìn)行即時(shí)廣播測(cè)試。例如,Averna公司(一個(gè)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(cè)試儀(URT),以利用相同的RF儀器系統(tǒng)測(cè)試多個(gè)射頻標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)典型的Averna URT系統(tǒng)如圖2所示。

圖2.單個(gè)Averna URT可以廣播、發(fā)生和RF記錄及回放多個(gè)廣播射頻標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。

  除了生成射頻廣播標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)與處理。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中記錄和回放RF信號(hào),工程師們可以驗(yàn)證接收裝置,如FM、DVB-T或GPS接收裝置,在其最終的發(fā)布環(huán)境內(nèi)如何工作。

精確的儀器系統(tǒng)――WiMAX

  軟件定義的RF儀器系統(tǒng)最后一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在于工程師們可以以比傳統(tǒng)儀器更低的成本進(jìn)行高精度的測(cè)量。隨著新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)(如WiMAX和第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)(LTE))的涌現(xiàn),許多無(wú)線設(shè)備必須滿足比以往更嚴(yán)格的RF性能要求。例如,對(duì)于54 Mbps、64-正交幅度調(diào)制(QAM)的信號(hào)類型,一個(gè)802.11a/g (WLAN)發(fā)射裝置的最小EVM需求為-25 dB。如3GPP LTE和WiMAX等更新的標(biāo)準(zhǔn)則需要滿足甚至更高的RF性能需求。相比之下,對(duì)于一個(gè)相似的64-QAM信號(hào)類型,一個(gè)802.16-2004(固定的WiMAX)設(shè)備的最小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(shí)現(xiàn)世界級(jí)的RF測(cè)量性能。三年前,一個(gè)RF向量信號(hào)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(cè)量和面向WCDMA的65 dBc相鄰?fù)ǖ佬孤侗龋ˋCLR)測(cè)量,那么,無(wú)論來(lái)自哪一家廠商,其價(jià)格都會(huì)超過(guò)十萬(wàn)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(hào)分析儀和NI PXIe-5673 RF向量信號(hào)發(fā)生器,實(shí)現(xiàn)這一水平的精度,其成本低于6.5萬(wàn)美元(包括底板和控制器)。這兩款儀器均采用了最新的16-位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)具有寬即時(shí)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(shí)現(xiàn)低成本的精確測(cè)量。

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

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

  隨著關(guān)于測(cè)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(jìn)行思考,以獲得創(chuàng)新的RF測(cè)試解決方案。幸運(yùn)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(cè)試大量無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)。


  Richard McDonell是NI公司負(fù)責(zé)PXI和VXI的資深集團(tuán)經(jīng)理。他擁有德克薩斯A & M大學(xué)的電氣工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位。

  David Hall是NI公司負(fù)責(zé)RF與無(wú)線通信硬件與軟件的一位產(chǎn)品經(jīng)理。他擁有賓尼伐利亞州立大學(xué)的計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的學(xué)士學(xué)位。
主題閱讀: RF測(cè)試
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