软件无线电在射频检测仪器和射频检测方法上的应用

软件无线电技术因为其灵活性被广泛用于无线通信产品和射频检测仪器。本文介绍了软件无线电在射频检测仪器和射频检测方法上的应用。按照软件无线电原理，将无线产品看作射频前端+基带电路+辅助电路的模块构架，就可以用射频参数检测替代昂贵的通信功能检测，从而提高生产者的市场竞争力。
      
　　软件无线电在手机和测量仪器中的应用

在无线通信领域，手机及其检测设备不约而同地采用了软件定义无线电的技术。软件无线电给测试测量仪器和被测量的无线通信设备带来了灵活性。对仪器而言，通过调用不同的软件就可以检测不同通信协议的被测件。对通信设备而言，通过下载不同的软件就可以用不同的通信协议通信。其中软件可以有不同的承载平台。软件可以安装在计算机硬盘或者闪盘上，可以下载到DSP或者FPGA上。对于手机，大多以后者形式运行。

测试仪器大致分为封闭结构和开放结构两种。封闭结构仪器提供一定数量协议的完整的无线测试测量功能。用户通过调用程控指令，如GPIB指令，就可以完成对被测件的各项测试。仪器内部构架对使用者不公开，协议扩展或测试功能扩展完全依赖仪器供应商。开放结构仪器建立在公开的标准总线结构上，各个仪器模块(也称模块化仪器)由公开的计算机函数控制。仪器供应商、第三方软件开发商或者用户自己开发的软件通过调用这些函数组合配合数字信号处理和测试测量算法软件，实现对被测件的各项测试。协议和测试功能的扩展可以由任何具备能力的人开发。两者的对比如表1。

目前，开放式结构的总线基本只有PXI和VXI可选。由于这两种总线不能够支持许多无线通信协议要求的纳秒级精度的应答同步，又因为开发信令协议栈的技术难度，在开放式系统上只见到Wi-Fi、蓝牙、RFID等少数协议的信令测试系统，至今没有看到GSM、CDMA等常见协议的模拟通话测试系统。针对这点，可以通过增强仪器中频实时处理能力来提供条件，也可以索性取消信令测试来解决问题。前者源自测试测量供应商，后者源自生产厂。近年来行业发展的趋势，导致信令测试的减少或者取消成为生产测试的基本要求。

从通话测试到参数测试

模拟通话的功能测试

传统的手机无线检测使用一台具有基站信令协议栈的射频检测仪器。这台仪器和被测设备通过无线协议的空中接口建立模拟通话，在模拟通话的同时检测手机的性能，这就是综测仪。这种使用综测仪模拟通话的检测方法利用标准规定的协议指令，使得射频检测和产品内部设计无关，可以适应特定协议下任何厂商设计和制造的移动终端。模拟通话的检测方法垄断了无线测试行业，但是这种测试方法的劣势是生产成本太高。最近几年，由于手机生产量飞速上升，综测仪的设计和制造成本也得以降低，实际售价显著降低。另一方面，射频检测流程也由一台仪器对一台被测件升级为一台仪器对2~4台被测件，使得被测件启动和非射频检测时间不占用综测仪时间，所以测试时间也得到减少，生产成本明显下降。

近3～5年，无线通信协议飞速发展，第三代(3G)通信已成现实，第四代(4G)通信呼之欲出。同时单台终端集成多个协议也成为发展趋势。一台手机不仅要支持GSM、EDGE、CDMA，还要支持Wi-Fi和蓝牙，3G手机还要兼容GSM和EDGE。与此同时，综测仪的升级似乎走到尽头。Wi-Fi、蓝牙、WiMAX等无线通信的检测需要另外购买无线检测仪器。各个无线设备生产厂商开始寻找锁定生产成本的良策。

射频参数测试

控制无线产品生产检测成本的方法就是用射频参数测试替代信令通话测试。从逻辑上讲，就是把射频检测和数字电路检测分离。对于软件无线电产品，既然调制解调都是软件完成的，那么射频检测只须检测产品射频前端的参数就可以了，和协议信令没有关系。而数字电路可以由软件校验和数字端口读写实现。技术上射频参数测试可以分为两类，射频校准参数测试和射频性能参数测试。其中前者测量被测件的发射功率控制参数、接收灵敏度控制参数、频响均衡参数等等和无线终端收发控制相关的参数。后者测量被测件的发射频谱曲线、边带响应、交调失真、杂散频谱辐射、频率准确度等等和射频前端质量相关的参数。

从测试方法来说，这是由功能检测向性能参数检测的过渡，也是由黑箱测试向白箱测试的过渡。从技术上讲，是由设计结构封闭向设计结构部分开放的过渡。从手机测试原理框图（图1 ）看，参数测试用数字通讯端口控制被测件，命令被测件进入特定的测试模式，从而被测件可以发射测试信号，或者接收测试信号并将收到的信号或信号参数通过通讯端口发回测试仪器。参考表 2，无线终端的设计者必须向测试系统研发工程师公开部分数字控制指令，并且将一部分终端研发过程中的测试代码整合为终端测试模式软件，使得生产检测时可以下载到被测件上运行。

无线终端设计者对测试指令的开放使得射频参数测试成为可能，而软件定义的射频仪器突出的性能又对参数测试起到了推波助澜的效果。这些以PXI总线为代表的模块化仪器，有时也被称作虚拟仪器或者合成仪器。模块化的PXI射频仪器共享132M字节/秒的本地总线，同时具备较强的触发同步功能，所以某些项目的测试可以成倍加速。采用新的校准信号模式，校准一个GSM通道的时间可以做到1秒以内。

软件无线电的无线测试系统示例

软件无线电构架的测试系统早在2003年就已应用于我国SCDMA手机的生产检测，如图2。典型的基于PXI的射频检测仪器配置见图 3。经过多年发展，目前在NI PXI平台上，上海聚星已经实现了GSM、EDGE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、Wi-Fi、BP机、GPS等多种射频协议的检测。NI公司计划2008年推出基于PXI和PXIe的新一代软件无线电模块化仪器，这些模块将在PXI和PXIe总线平台上提供更大的射频频率范围、更宽的实时带宽和更强的实时信号处理能力。

软件无线电的理论由来已久，基于软件无线电构架的无线终端和检测仪器也已经成为市场主流。然而由于技术保密等原因，大多数生产检测，尤其是OEM生产厂的检测，依然沿用传统的模拟实际通信信令的功能检测。所幸在市场条件下，基于软件无线电构架划分界面的参数检测依然孕育成型。越来越多的仪器供应商向用户开放仪器基带数据，越来越多的第三方射频测试测量软件在市场上出现。这个无线终端测试从黑箱到灰箱测试的过渡，除了给生产厂带来经济利益之外，势必也提升了无线生产的技术含量。开放结构的软件无线电模块化仪器在此间起到了关键作用。

参考文献：
[1]  Joe  Mitola．The Software Radio Architecture［Ｊ］．IEEE Communications Magazine，1995，（5）：26~38