以軟件為核心的無線測試平臺的設(shè)計與應(yīng)用

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?；诂F(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?，F(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，這樣每個獨立組件需要超過110小時進行測試?；贜I 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)的可擴展性?，F(xiàn)在的智能手機可以支持多頻段，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，最大程度上保護測試廠商的資產(chǎn)投資回報。