RF软件定义仪器突破传统机箱限制 实现高性能射频测试

随着测量速度、弹性与精确度的逐渐提升，工程师必须脱离机箱的框架，继续寻找RF测试的创新解决方案。而软件定义的模块化仪器所提供的新工具，正满足越来越多无线标准的测试。

通常情况下，工程师在测试新的无线标准时，往往会选择使用规格最接近的机箱。对于拥有多种测试需求的自动化测试系统来说，上述方法常导致不同的测量需求就需不同的机箱。当测试需求一致且不变时，机箱测试的方法当然游刃有余，但若要测试符合多种无线标准的复杂射频(RF)设备时，此方法就显得麻烦、昂贵且缓不济急。相比之下，软件定义的测试方法适用于RF的认证、检验与产品测试。当然，传统的RF机箱在设计平台中仍持续扮演重要角色。

无线设备演进快　测试机箱望尘莫及

现今工程师必须脱离RF测试需求的机箱框架，但是脱离机箱的框架以前，必须先知道一般的RF机箱内部构造与内容物。在每个大小约38,000立方厘米的金属板塑料盒中，有着各供货商提供的零件，通常有电源供应器、处理器、计算机主板或背板、嵌入式操作系统、测量链接库与软件显示器等。机箱的传统用处就是配置这些零件，以满足某个特定的测量需求。

当RF设备仅需一般的测试需求时，此方法当然可行。然而近年来无线设备的特性不断演进，因此用机箱进行自动化RF测试的效率大不如前。无线设备的产能也超过了传统RF测试机箱的测试效率，因为机箱内部使用的处理器与数据总线的速度早已不堪使用。但若能了解传统RF仪器的组成，并知道其固定测量功能与未达最佳标准的输入/输出(I/O)处理时的挑战，就能协助工程师针对自动化RF测量需求，思考如何脱离机箱的框架。

具备高性能射频测试　软件定义仪器脱颖而出

包含RF在内的各种自动化测量系统，正快速地从机箱测试转移到软件定义仪器操作。至2009年底，估计已出现十万组PXI架构的系统，包含超过六十万个软件定义的仪器模块。此开放式且由用户定义的软件，还有模块化的计算机架构硬件，均适用自动化RF测试应用，且提供最佳性能的处理器与数据总线、周边输入/输出的弹性、精巧的模块设计、智能型电力分配与监控及准确的同步化频率与系统。

换句话说，自动化RF测试的软件定义方式，使用了与传统RF机箱类似的零件，却用在模块化且使用者定义的架构中，此方法提供了最佳性能的组件、可由用户进行程序设计的输入/输出与分析、精巧的机箱体积可于最严苛的RF测试环境中达到极高且稳定的性能。一旦工程师脱离机箱框架，即可获得更快、更有弹性且同样准确的RF测试解决方案。若与在系统中堆栈传统RF机箱相比，更可降低相关成本。

为了进一步了解RF软件定义仪器的优点，下列范例则说明该方法的速度、弹性与准确度，以大幅改善现况并满足现今的RF测试需求。

掌握速度优势　PXI降低测量时间

软件定义的PXI测量系统主要优势之一，即是拥有比传统RF仪器更短的测量时间。当测试多重无线标准时，此优势就更为明显。若仅测试无线局域网络(WLAN)的单一标准时，速度亦有大幅提升。

以WLAN测量操作中的错误矢量幅度(EVM)与频谱屏蔽等操作为例，均须处理大量信号。若于PXI控制器中使用多核心中央处理器(CPU)，并搭配美国国家仪器(NI)PXIe-5663 6.6GHz RF矢量信号分析仪等软件定义的RF仪器，就能以五至十倍的速度进行测量。此外，因为测试链接库是针对多核心所设计，因此若针对LabVIEW使用NI WLAN工具组，因此只要市面上出现更高速的PXI多核心控制器，工程师就可自动升级测量性能。

图1针对不同的RF信号分析仪，比较54Mbit/s数据传输率之下的EVM操作与功率测量操作，其使用WLAN的测量时间长短。NI LabVIEW软件的PXI WLAN测量系统中，其高性能多核心处理器在执行大部分的IEEE 802.11a/b/g测量时，会比传统的矢量信号分析仪与专业WLAN机箱快上约五至十倍的速度。

 图1 比较各种仪器的EVM测量时间

无线标准繁杂　软件定义仪器一把抓

软件定义仪器的第二个优点，即是使用相同的RF硬件能测试多重无线标准。现今的无线设备必须满足越来越多的标准。以目前的智能型手机为例，通常至少支持六种无线标准，如全球移动通信系统(GSM)、GSM增强数据率演进(EDGE)、宽带分码多重存取(WCDMA)、蓝牙(Bluetooth)、全球卫星定位系统(GPS)，甚至是WLAN。除此之外，有些新款的广播无线电接收器甚至可支持十种以上的无线标准，包含调幅(AM)/调频(FM)、无线数据系统(RDS)/无线广播数据系统(RDBS)、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS-TMC与DARC等。因此无线测试仪器必须具有足够的弹性，才能应付日后出现的新无线标准。

有了软件定义仪器之后，工程师便能在LabVIEW软件当中制造广播无线电信号，之后再下载至PXI RF矢量信号产生器的内存中，即可以立刻进行广播测试的操作。举例来说，NI联盟伙伴Averna的工程师，即提供了PXI架构的通用无线电测试器(URT)，以相同的RF仪器功能即可测试多重无线电标准。图2为典型的Averna URT系统。

图2 单一Averna URT即可广播产生操作结果与RF纪录。

除了产生无线电广播标准之外，Averna URT还会执行RF的记录与播放。该技术利用PXI数据总线的高数据传输率，与LabVIEW软件的高性能数据储存/处理功能。通过记录RF信号并在实验室中播放，工程师就能确认FM、地面波数字视频广播(DVB-T)或GPS等接收器在最后部署环境中的操作状况。

LTE/WiMAX射频测试要求严苛

软件定义的RF仪器的最后一项优点，即是能以较低成本进行高精确度的测量。在第三代合作伙伴项目(3GPP)的长程演进计划(LTE)与全球微波存取互通接口(WiMAX)等新的无线标准出现后，许多无线设备必须符合更严格的RF性能要求。

以802.11a/g传输器的最低EVM要求为例，其标准是应以54Mbit/s、64正交振幅调变(QAM)信号类型达到-25分贝。3GPP LTE与WiMAX等较新的标准，对RF性能规定都更严格。以类似64QAM信号类型的802.16-2004(Fixed WiMAX)设备为例，其对最低EVM要求便达-31分贝，相比于过往对RF性能的要求来说，是更加严格的测量标准。

现今软件定义的仪器，可协助工程师以更低成本达到世界级的RF测量性能。2007年，Fixed WiMAX的EVM测量要能达到-45分贝；而WCDMA邻近通道泄漏比(ACLR)测量要能达到65dBc。不论向谁购买此类RF矢量信号产生器与分析器，均须要价10万美元以上。但现在仅需NI PXIe-5663 6.6GHz RF矢量信号分析仪，与NI PXIe-5673 RF矢量信号产生器等新款PXI仪器，即可达到上述的精确度。此两套仪器在瞬间带宽上(前者是50MHz，后者是100MHz)，均使用最新16位模拟数字转换器(ADC)与数字模拟转换器(DAC)，还有低相位噪声合成器(以1GHz达到-110dBc/Hz)，能使用低成本进行精确测量。

针对3.5GHz的Fixed WiMAX信号，以NI PXIe-5663与PXIe-5673的EVM残余(Residual)性能为例。若为Fixed WiMAX使用新的NI测量套餐(Measurement Suite)，工程师则可得到16QAM信号的星坐标绘图，其EVM值为-46分贝(0.5%)，比Fixed WiMAX设备的最低性能要求还高出15分贝(图3)。

 图3 其他测试供货商的昂贵RF仪器相比，16-QAM EVM测量的WiMAX星坐标绘图更具竞争力。