摘要：傳統工程面對一個新的無線標準的測試的反應往往涉及選擇一臺技術規范接近的臺式儀器。對于具有多項測試需求的自動化測試系統，這一方式通常會導致面向系統內的每一項測試需求采用不同的臺式儀器。當這些測試需求統一且保持不變時，這一方法或許可以奏效，但是，對于現今的復雜RF設備（它往往采用多個無線標準）的測試，它會變得麻煩、緩慢且終成本更高。
對于具有多項測試需求的自動化測試系統，這一方式通常會導致面向系統內的每一項測試需求采用不同的臺式儀器。當這些測試需求統一且保持不變時，這一方法或許可以奏效，但是，對于現今的復雜RF設備（它往往采用多個無線標準）的測試，它會變得麻煩、緩慢且終成本更高。一種軟件定義的方式非常適合RF驗證、確認和生產測試的自動化，而傳統的RF臺式儀器將繼續在設計工作臺上發揮重要的作用。
儀器揭秘
現今的工程師們為了滿足其RF測試需求，必須超越常規的臺式儀器思維。然而，為了做到這些，他們首先需要了解一個典型的RF臺式儀器的內部細節。在每個約38000立方厘米的金屬與塑料的薄片封裝內是一個廠商定義的世界，包括構成一個RF臺式儀器的組件;典型情況下，它包括一個電源、處理器、PC主板或背板、嵌入式操作系統、測量庫和一個軟件顯示裝置。一個臺式儀器的傳統吸引力在于將這些應用于一組特定測量需求的匹配組件組合在一起。
這一方式可以滿足具有常見測試需求的RF設備的測試。然而，近些年來，一個臺式儀器面向自動化RF測試的效率業已隨著無線設備的特性的持續變化而顯著衰退。無線設備的產量也超過了傳統RF臺式儀器的典型測試吞吐量，因為更為緩慢的處理器和數據總線技術往往比當前的PC技術落后好幾代。對于傳統RF儀器的組成和采用測量功能固定與次優的I/O處理所面臨的挑戰的清晰理解，有助于工程師們超越常規考慮如何滿足RF自動化測量的需求。
Software-Defined Approach 軟件定義的方式
所有類型的自動化測量系統（包括RF）向軟件定義的儀器系統的遷移，正快速增長，預計截止2009年底將有100000個基于PXI的系統被發布，其中包括超過600000個軟件定義的儀器模塊。開放的、用戶定義的軟件與模塊化的、基于PC的硬件非常適合自動化的RF測試應用，因為它們提供了高性能的處理器與數據總線、靈活的I/O外設、緊湊的模塊化設計、智能的電源分配與監測和整個系統內的定時與同步。
換言之，該實現自動化的RF測試的軟件定義方式使用了與傳統RF臺式儀器類型相似的組件，但在一個模塊化、用戶定義的架構中運用這些組件。該方式為工程師們提供了高性能的組件，用戶可編程的I/O與分析，以及一個在要求嚴格的RF測試環境中已證明其可靠性的緊湊外形尺寸。對于超越傳統臺式儀器進行思考的工程師們，終的回饋是一個更快速、更靈活且具有相同精度的RF測試解決方案――所有這些只需要在一個系統內堆砌傳統RF儀器的成本的幾分之一。為了進一步理解面向RF的軟件定義的儀器系統的優勢所在，我們考察下面的案例，它們描述了該方式的速率、靈活性和精度如何在滿足目前的RF測試需求時實現顯著的性能提升。
測量速率――WLAN
軟件定義的PXI測量系統的核心優勢之一便是比傳統RF儀器高得多的測量速率。雖然這一優勢在測試多個無線標準時會有惡化，但是，工程師們也可以在測試單個標準（如無線局域網（WLAN））時顯著提升速率。
WLAN測量，如誤差矢量幅度（EVM）和頻譜模板，需要大量的信號處理。憑借PXI控制器中的多核CPU，工程師們可以利用軟件定義的RF儀器系統，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF矢量信號分析儀，以超過5-10倍的速率執行這些測量。而且，利用面向LabVIEW的NI WLAN工具集的工程師們可以在每次一個更快速的PXI多核控制器發布時，自動升級其測量性能，因為測試庫是專為多核執行而設計的。在圖1中，觀察關于在各種RF信號分析儀上進行一個54 Mbps突發信號的EVM和功率測量的WLAN測量時間的比較。
圖1.比較相互競爭的儀器的EVM測量時間。
基于NI LabVIEW的PXI WLAN測量系統中所采用的高性能多核處理器，以超過傳統向量信號分析儀和專用WLAN儀器盒5-10倍的速率，執行絕大多數的IEEE 802.11a/b/g測量。
靈活的儀器系統――廣播射頻
軟件定義的儀器系統的另一個優勢在于利用相同的RF硬件測試多個無線標準的靈活性。現今的無線設備需要滿足與日俱增的大量標準。例如，現代的智能電話往往支持少六項無線標準，如GSM/EDGE/WCDMA、藍牙、GPS以及甚至WLAN。此外，一些現代廣播射頻接收裝置支持10項以上無線標準，包括AM/FM、RDS/RDBS、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS承載的TMC以及甚至DARC。因而，在無線測試中顯然需要一個足夠靈活以便在新的無線標準涌現時對其進行處理的儀器系統。
利用軟件定義的儀器系統，工程師們可以在LabVIEW中創建任意的廣播射頻信號，并將其下載至一個PXI RF向量信號發生器的存儲器中，以進行即時廣播測試。例如，Averna公司（一個NI優選聯盟合作者）的工程師們提供了基于PXI的通用射頻測試儀（URT），以利用相同的RF儀器系統測試多個射頻標準。一個典型的Averna URT系統如圖2所示。
圖2.單個Averna URT可以廣播、發生和RF記錄及回放多個廣播射頻標準的信號。
除了生成射頻廣播標準外，Averna URT執行RF記錄與回放。該技術充分利用了PXI數據總線的高數據速率和LabVIEW軟件的高性能數據存儲與處理。通過在實驗室中記錄和回放RF信號，工程師們可以驗證接收裝置，如FM、DVB-T或GPS接收裝置，在其終的發布環境內如何工作。
的儀器系統――WiMAX
軟件定義的RF儀器系統后一項優勢在于工程師們可以以比傳統儀器更低的成本進行高精度的測量。隨著新的無線標準（如WiMAX和第三代合作伙伴計劃（3GPP）的長期演進技術（LTE））的涌現，許多無線設備必須滿足比以往更嚴格的RF性能要求。例如，對于54 Mbps、64-正交幅度調制（QAM）的信號類型，一個802.11a/g （WLAN）發射裝置的小EVM需求為-25 dB。如3GPP LTE和WiMAX等更新的標準則需要滿足甚至更高的RF性能需求。相比之下，對于一個相似的64-QAM信號類型，一個802.16-2004（固定的WiMAX）設備的小EVM需求為-31 dB，即要求更好的RF性能。
現今的軟件定義的儀器系統幫助工程師們以低于以往可能的成本實現的RF測量性能。三年前，一個RF向量信號發生器和分析儀，如果能夠實現面向固定的WiMAX的-45 dB EVM測量和面向WCDMA的65 dBc相鄰通道泄露比（ACLR）測量，那么，無論來自哪一家廠商，其價格都會超過十萬美元。然而，今天，工程師們可以利用新型PXI儀器，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF向量信號分析儀和NI PXIe-5673 RF向量信號發生器，實現這一水平的精度，其成本低于6.5萬美元（包括底板和控制器）。這兩款儀器均采用了新的16-位模數轉換器和數模轉換器和一個具有寬即時頻帶（分別為50 MHz和100 MHz）的低相位噪聲合成器（在1 GHz處為-110 dBc/Hz），以實現低成本的測量。
例如，考慮NI PXIe-5663和PXIe-5673對于一個3.5 GHz的固定的WiMAX信號的殘余EVM性能。利用面向固定的WiMAX的新型NI測量套件，工程師們可以可視化展現一個16-QAM信號的星座圖。該圖形提供了調制精度的一個可視化表示，其中更小的點意味著更好的RF性能。圖3中所報告的EVM為-46 dB（即0.5%），該結果比固定的WiMAX設備的小性能需求高出15dB。
圖3。與來自其他測試廠商的更為昂貴的RF儀器系統進行的16-QAM EVM的WiMAX星座圖相測量的比較。
隨著關于測量速率、靈活性和精度的需求的提高，工程師們必須繼續打破常規進行思考，以獲得創新的RF測試解決方案。幸運的是，模塊化的、軟件定義的儀器系統賦予工程師們新的工具，以測試大量無線標準數量的持續增長。
