無線技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，正在改變著人們的生活。縱觀整個無線測試行業(yè)，我們可以看到一些明顯的趨勢與挑戰(zhàn)：首先，測試的自動化程度越來越高，對射頻測試的速度要求也越來越嚴(yán)苛。其次，很多新興的產(chǎn)品會在同一個設(shè)備上集成多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)。再次，各種新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)的不斷涌入也為測試帶來很大壓力。

NI提出的基于PXI的無線測試平臺提供了一種“打破常規(guī)”的解決思路。即使用基于PXI的模塊化射頻組件，用戶通過軟件定義儀器的功能，并實現(xiàn)自定義的無線測試應(yīng)用。這種方式為工程師們提供了高性能的射頻模塊，用戶自定義的UI以及持續(xù)更新的適用于不同無線通信標(biāo)準(zhǔn)的工具包。通過系統(tǒng)集成，最終將得到一個快速、靈活且具有高精度的射頻測試方案。針對快速演進(jìn)的通信協(xié)議，基于NI PXI的無線測試方案，只需要升級與之相對應(yīng)的最新無線工具包，即可進(jìn)行最新標(biāo)準(zhǔn)的測試。

軟件為核心的無線測試平臺概述

NI一直倡導(dǎo)“以軟件為核心的測試測量架構(gòu)”。在射頻領(lǐng)域，這個理念與“軟件無線電(Software Defined Radio)”不謀而合。基于現(xiàn)成可用的模塊化射頻與中頻設(shè)備，通過LabVIEW軟件和豐富的射頻與無線工具包，工程師即可快速實現(xiàn)射頻與無線應(yīng)用的設(shè)計、開發(fā)和測試的全部流程。

PXI是一種基于PC技術(shù)的面向測試測量和自動化應(yīng)用的堅固平臺，融合最新商業(yè)可用的PCIe總線技術(shù)保證了上下變頻后的中頻信號能夠被實時并持續(xù)的數(shù)字化到PC進(jìn)行處理。NI PXI的控制器采用了最新的多核處理器，能夠應(yīng)付任何復(fù)雜的通訊算法。另一方面，NI PXI射頻模塊的種類非常豐富，包括頻率范圍可達(dá)26.5GHz的RF信號分析儀與發(fā)生器，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，微波開關(guān)，射頻放大器與衰減器以及功率計等，足以應(yīng)對大部分的無線射頻應(yīng)用。

軟件定義的模塊化測試平臺自然少不了一個完備靈活的軟件平臺。一個完整的射頻應(yīng)用軟件開發(fā)平臺應(yīng)該包含如圖1所示的三層架構(gòu)：系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動層，測試應(yīng)用開發(fā)軟件，測試系統(tǒng)管理軟件。

系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動層是連接軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備的紐帶。除了起到設(shè)備驅(qū)動的作用，這一層還包含了硬件設(shè)備管理，診斷測試等功能。

圖1：NI射頻與無線應(yīng)用軟件平臺

測試應(yīng)用開發(fā)軟件即應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。LabVIEW就是一個專門為工程師設(shè)計的圖形化編程語言，除了和PXI硬件的無縫連接外，它還集成了數(shù)以千計的信號處理和分析算法，以及調(diào)制解調(diào)，頻譜分析等各種工具包，針對射頻應(yīng)用，能夠完成功率譜、相鄰信道泄漏比（ACLR）、誤差矢量幅度（EVM）等一系列測量。在LabVIEW開放的軟件環(huán)境中，用戶還可以實現(xiàn)帶有自主產(chǎn)權(quán)的射頻算法，用以應(yīng)對最新的無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)管理軟件層位于軟件架構(gòu)層次中的最頂層。特別對于自動化測試，測試管理軟件能夠幫助用戶大幅縮短軟件開發(fā)時間，優(yōu)化測試策略，大大提高測試效率。

提升射頻測量速度

軟件定義的射頻測量系統(tǒng)的核心優(yōu)勢之一便是比傳統(tǒng)射頻儀器高得多的測量速率。具體來講，NI PXI平臺融合了最新的PCI Express總線技術(shù)可以進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸，融合最新的多核處理器技術(shù)可以進(jìn)行快速的信號處理。針對中頻與基帶信號的實時處理需求的應(yīng)用，可以直接將信號通過Peer to Peer技術(shù)傳送到帶有FPGA的協(xié)處理模塊直接進(jìn)行高速的自定義信號處理。

目前，國際主流移動終端廠商針對移動設(shè)備采用非信令測試的方式也大大減少了射頻測試的時間。NI PXI平臺則是實施非信令測試的最佳平臺，如圖2所示。NI PXI嵌入式控制器具有多種I/O連接方式，包括GPIB、串口、并口、千兆以太網(wǎng)以及USB，可用于和移動設(shè)備連接，進(jìn)行模式控制，測量結(jié)果讀取等功能。射頻模塊則針對待測設(shè)備收發(fā)射頻信號進(jìn)行測試。

圖2：基于NI PXI的非信令測試

采用PXI提升射頻測試速度的一個典型的案例是TriQuint公司使用NI PXI和LabVIEW縮短了射頻功率放大器的特征化時間。現(xiàn)代的功率放大器需要滿足更為多樣化的需求，被設(shè)計成可以在多頻帶多調(diào)制模式下工作。另外，射頻功放的特征化測試還需要在多種頻率、電平、溫度和功率范圍下測試，完成一個典型組件的特征化過程需要大約30,000到40,000行測試數(shù)據(jù)。如果使用傳統(tǒng)的機(jī)架射頻測試設(shè)備，每行數(shù)據(jù)大約需要10秒收集，這樣每個獨(dú)立組件需要超過110小時進(jìn)行測試。基于NI PXI的解決方案利用高速數(shù)據(jù)總線、高性能多核CPU和并行測量算法實現(xiàn)了盡可能快的測試速度。此外，NI GSM/EDGE測量套件和用于WCDMA/HSPA+的NI測量套件使用合成測量，所有測量可以使用一組I/Q數(shù)據(jù)完成。最終，使用NI PXI將測試時間從兩周縮短為大約24小時。表1 比較了傳統(tǒng)測試臺和PXI測試臺的測量時間和速度提升。

表1：在單個測量序列中，PXI測試臺完成快了6至11倍。時間是基于100幀的測量得到的。

增加系統(tǒng)可擴(kuò)展性

軟件定義的射頻測量系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢在于增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。現(xiàn)在的智能手機(jī)可以支持多頻段，多個無線標(biāo)準(zhǔn)，事實上，更多情況下，除了射頻部分測試，還可能進(jìn)行音視頻接口以及電池功率等方面的測試。模塊化儀器提供的靈活性與可擴(kuò)展性為像有這樣需求的測試提供了很大的空間。

PXI已經(jīng)成為主流的模塊化架構(gòu)測試系統(tǒng)，現(xiàn)在有超過50家的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（PXISA）提供超過1500種的PXI模塊化儀器，僅NI就提供超過500種PXI模塊。模塊化儀器本身種類的多樣性也使得很多射頻應(yīng)用成為可能。比如帶有FPGA的協(xié)處理模塊可以進(jìn)行在線頻譜監(jiān)測，使用PXI的高速存儲設(shè)備可以實現(xiàn)射頻信號的持續(xù)流盤與回放等。

易于兼容最新通信標(biāo)準(zhǔn)

軟件定義的射頻系統(tǒng)可以很好的支持最新的通信標(biāo)準(zhǔn)。一方面，在任何一個通信標(biāo)準(zhǔn)初期，沒有商業(yè)可用的通用測試方案時，NI PXI作為一個開放的、自定制的測試平臺，可以由科研人員和工程師開發(fā)自己算法和測試序列；另一方面，NI公司一直持續(xù)投入新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)的測試，無論是硬件產(chǎn)品還是軟件工具包都走在該領(lǐng)域的前列。

以802.11ac測試為例，無論從帶寬，測量復(fù)雜度，調(diào)制階數(shù)與目前的WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11n相比，都有顯著的提升。NI于2012年1月發(fā)布了測試802.11ac WLAN芯片組和設(shè)備的先行支持，并于巴塞羅那舉辦的世界移動通信大會(MWC)上展示了最新的802.11ac測試解決方案，能夠支持包括20，40，80和80+80 160MHz各種帶寬的信號接收(Rx)和發(fā)送(Tx)，并支持高達(dá)4X4 MIMO的配置。NI測試解決方案兼具足夠的靈活性，除了802.11ac，同樣可以向下兼容，測試802.11a/b/g/n設(shè)備。

總結(jié)：

綜上所述，NI射頻測試方案結(jié)合高性能的射頻模塊與靈活的軟件平臺，幫助工程師們大大提高了射頻測試速度，增添了系統(tǒng)的靈活性，易于兼容最新的通信標(biāo)準(zhǔn)，可以輕松地滿足不斷變化的市場需求，最大程度上保護(hù)測試廠商的資產(chǎn)投資回報。

作者：姚遠(yuǎn)，技術(shù)市場工程師，美國國家儀器