基于PXI射频仪器技术的无线测试 - 全文

现代的无线设备比以往任何时候涉及的通信标准都更多。在本白皮书中，了解如何使用灵活的PXI硬件和软件平台如何帮助您在同样的平台上对多个无线标准进行测试。

“我并不认为我所发现的无线电波将来会有任何实际应用。”——Heinrich Rudolf Hertz (1857−1894)

要预测技术的未来发展趋势和用户使用技术的方法是件十分困难的事情。在70年代有谁能够想象无线设备或者说无线技术今天会变得那么普遍，现在每年有超过10亿台手机被制造出来。随着更多用户在每天的日常生活中开始使用无线技术，消费者正在获益。然而，设备制造商为了将许多应用集成到一个无线设备上做了许多努力，同时这个设备还需要支持多种无线标准(图1)。无线性能日益增长的胃口对测试设备制造商提出了一个挑战，它们需要开发产品用来在同一个测试平台上处理所有的功能需求。这使得开发新型的现代化仪器以便满足这些变化的需求成为当务之急。

 

 

图1:无线标准的种类不断以更快地速度增加。

超越传统的射频仪器

消费者会不断对无线设备提出新功能或增强性能的要求。随着对这些产品需求的不断增加，制造测试时间会不断趋近于零，而功能测试时间则趋近于无穷大(图2)。随着具有无线功能设备数量的不断增加，为了满足需求增加的负担就落在了生产线上，体现在要求更高的测试速度和更多样的功能测试。

 

 

测试时间、测试数量、测试时间、需求

图2:制造测试时间将趋近于零，而测试数量将趋近于无穷大。

解决现代与下一代无线设备测试需求的最佳途径是建立能够随着未来需求而不断扩展的平台。NI PXI射频平台是一个基于NI LabVIEW软件和PXI硬件的真正用户自定义的射频平台。利用PXI Express的带宽和多核处理器的并行处理能力，测试系统的速度随着计算机运算能力和运算速度的发展也不断提高。目前，PXI的平台已经可以提供10倍于传统仪器的性能提高，随着多核技术的使用，该平台的处理能力将有100倍的提升。

新型的NI PXIe-5663射频矢量信号分析仪和NI PXIe-5673射频矢量信号发生器通过使用PXI Express提供高达6.6 GHz的测量功能，进一步增强了PXI射频平台(图3)。NI PXIe-5663提供了从85 MHz至6.6 GHz的信号发生功能以及高达100 MHz的瞬时带宽。在与新型的NI PXIe-1075 18槽机箱一起使用时，PCI Express通道连接到每个槽位，提供高达每个槽位1 GB/s的带宽和高达4 GB/s的总系统带宽，从而可以在PXI平台上实现高速射频测试。

 

 

图3:NI PXIe-5663向量信号分析仪和NI PXIe-5673向量信号发生器

将PXI Express的测量功能扩展到6.6 GHz

新型的射频模块化仪器完全利用高性能多核处理器的功能，是高速射频与无线自动化测试环境的理想选择。使用LabVIEW 8.6在多核CPU上运行并行的测量算法，可以使用新型射频矢量信号分析仪和射频矢量信号发生器完成多种常见的射频测量，其速度比传统的仪器明显更快。举例而言，这些射频模块化仪器能够实现一系列WCDMA测量，其速度是传统仪器的四倍以上；一些个别的测量甚至可以快20倍以上。在新型的多核处理器上市之后，射频测量时间会继续缩短，而无需对射频仪器或LabVIEW程序进行任何修改。这就确保了最高的测量性能、延长了系统寿命、降低了资本投资。

新型的6.6 GHz模块化仪器为了达到这一性能使用最新的商业技术，例如16位数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)为信号发生和数字化提供了卓越的动态性能。NI PXIe-5673射频信号发生器使用直接的射频上变频，能够达到高达100 MHz的射频带宽。利用附加的“补偿模式”，就可以利用板载可编程门阵列(FPGA)手动调节增益平衡偏差、IQ偏移以及象限偏差。将这些参数为某一频率进行优化，就可以得到优于-85 dBc的载波和图像抑止。NI PXIe-5663射频矢量信号分析仪提供了平坦的通带和低相位噪声，因此可以准确地测量调制信号。例如，

由于这些新型产品是基于PXI的，您就能够在同一个平台中测试多个射频和无线标准，并且从较大的速度优势获益，同时能够获得PXI平台的内在可升级性。无论您是测试802.11、DVB、GPS、WiMAX(802.16e/d或m)，或是测试多输入多输出的正交频分多路复用(MIMO-OFDM)，这些PXI产品都能够进行扩展满足这些复杂的需求。

举例来说，许多最新的技术都将MIMO-OFDM作为核心引擎。传统的仪器设法达到2x2、4x4或是更多的MIMO解决方案，将多个系统通过菊花链连接在一起。这样导致多许多不便；例如，系统尺寸较大，由于存在未使用系统的重复部件增加了成本(例如多个本地振荡器或LO)，无法在一个较小的时间窗口内有效地同时触发多个系统。

PXI平台能够解决这些问题。首先，每个模块都共享常见的系统背板。此外，通过星型触发，您可以在1纳秒的窗口内触发每个模块，从而可以在模块之间进行紧密的同步(图4)。第二，能够降低成本，因为可以在同一机箱的多个模块之间共享相同的LO。第三，由于模块尺寸较小，可以在一个便携式的机箱内容纳多个MIMO配置。

 

100 MHz差分时钟、星型触发

 

10 MHz时钟、PXI Express系统控制器、PXI Express系统定时槽、同步控制

PXI Express混和外部设备、PXI外部设备、差分星型触发器

PXI触发总线(8个TTL触发器)

图4:PXI的星型触发器提供模块间1纳秒的紧密同步。

软件定义并且用户定义的平台

现代许多客户都在对厂商为市场提供测量功能的传统方法提出了置疑，传统的测量功能要进入市场需要消费者等待测量功能嵌入到测试仪器的固件中。尤其当在标准化之前使用某个技术或是在对下一代系统进行原型开发时，这样的方式将阻碍开发的速度。

对于这个困难的一种解决方法是使用基于软件的体系结构开发当前于市场上并没有的功能。这种功能可以超越最先进的测试设备的功能，使您在与使用传统测试仪器竞争对手的博弈中取得优势是至关重要的。然而，请注意“软件定义”这个术语有许多内涵，如果只是厂商宣称使用了基于软件定义的体系结构，并不意味着就可以直接使用这种设计或者从这种设计中获益。举例而言，如果您无法开发算法，并将它们嵌入到仪器中，或者创建现在无法使用的功能，那么软件定义是对于仪器制造商而言的一个优点，而不是作为终端用户的您。

真正开放式的软件定义的平台对于使用现代技术而言是必须的，而且工程师还希望获得更多自定义的权限和能力，当然，这也就要求进行开发的工程师具备更加深厚的技术背景。许多工程师现在希望得到一个用户定义的体系结构以便在同一个平台上对软件和硬件进行定制，在研发和制造线上使用相同的系统。这给了工程师在需要的时候为测试系统添加硬件的能力。

举例而言，NI客户使用NI LabVIEW软件和PXI硬件实现纯用户定制的解决方案。LabVIEW作为一个实际的开放式软件平台帮助您对软件进行定制，满足您的需求，而不需要依赖仪器厂商解决这些问题。例如，如果需要在射频测试平台上具有压力或温度传感器功能，可以使用NI PXI硬件模块。这种完全可自定义的平台可以搭配1500多种测量专用模块，从直流测量直至26.5 GHz，来自于超过70家厂商(图5)。如果这些仍然无法满足您的需求，可以根据PXI系统联盟规范开发PXI模块。这样就开辟了无限的可能性和功能，提供给您能够满足需要的测试系统灵活性。

 

 

图5:超过70家厂商制造超过1500家用于PXI的测量专用模块。

随着时间的推移维护性能

和所有的高科技设备一样，是否淘汰是一个重要的考虑。对于在任意给定时间市场上具有最快处理能力的计算机而言。一旦完成购买之后，在几周或是几个月之后，市场上就会出现更好、更快的型号。并没有一个很好的方法确定计算机的最佳购买时间，以便确保性能的可持久性，因此您可能会推后购买的决定。

如果购买量比较大，或是需要使用设备几年，那么这个情况就会变得更为重要。举例而言，对于整条制造线而言，每隔五年到七年用于购买射频设备的成本会达到数百万美元。一旦为制造线购买了设备，就被限制在几年之内必须利用现有技术的系统性能。对于新的购买而言，最新测试性能能够可以体现最新的科技成果。但是随着时间的推移，测试速度会不断落后于进步的技术，这就要求制造工程师千方百计的从传统的平台中获取极其有限的速度提升，以便满足不断增加的产品需求。

LabVIEW和PXI利用多核处理器，以便不断提升测试速度以满足行业趋势(图6)。与传统射频测试设备不同，传统的射频测试设备相对于市场上最新最快的测试设备而言，速度只能越来越慢，多核处理器为使测试系统跟上潮流的发展提供了一个途径，随着多核技术的发展，其速度将变得更快。

 

并发数据传输(PXI Express)、NI TestStand、NI LabVIEW、并发测试与并行程序执行(多线程软件)

 

操作系统、并发处理(多核)、处理器1、处理器2、被测单元的并发测试

图6:NI LabVIEW与PXI为并行测试提供了高性能可扩展的模型。

使用PXI测试下一代设备

利用NI PXIe-5663和PXIe-5673的速度和灵活性，PXI射频平台能够满足大多数现代与下一代射频设备所提出的测试与设计挑战的需求。现在您拥有了一个可扩展、用户定义、可升级的平台，能够与现代技术同步，并且处理速度随着时间推移将变得更快，从而确保了系统的使用寿命、保护了资本投资。