传统工程面对一个新的无线标准的测试的反应往往涉及选择一台技术规范最接近的台式仪器。
对于具有多项测试需求的自动化测试系统，这一方式通常会导致面向系统内的每一项测试需求采用不同的台式仪器。当这些测试需求统一且保持不变时，这一方法或许可以奏效，但是，对于现今的复杂RF设备（它往往采用多个无线标准）的测试，它会变得麻烦、缓慢且最终成本更高。一种软件定义的方式非常适合RF验证、确认和生产测试的自动化，而传统的RF台式仪器将继续在设计工作台上发挥重要的作用。
仪器揭秘
现今的工程师们为了满足其RF测试需求，必须超越常规的台式仪器思维。然而，为了做到这些，他们首先需要了解一个典型的RF台式仪器的内部细节。在每个约38000立方厘米的金属与塑料的薄片封装内是一个厂商定义的世界，包括构成一个RF台式仪器的组件；典型情况下，它包括一个电源、处理器、PC主板或背板、嵌入式操作系统、测量库和一个软件显示装置。一个台式仪器的传统吸引力在于将这些应用于一组特定测量需求的匹配组件组合在一起。
这一方式可以满足具有常见测试需求的RF设备的测试。然而，近些年来，一个台式仪器面向自动化RF测试的效率业已随着无线设备的特性的持续变化而显著衰退。无线设备的产量也超过了传统RF台式仪器的典型测试吞吐量，因为更为缓慢的处理器和数据总线技术往往比当前的PC技术落后好几代。对于传统RF仪器的组成和采用测量功能固定与次优的I/O处理所面临的挑战的清晰理解，有助于工程师们超越常规考虑如何满足RF自动化测量的需求。
Software-Defined Approach 软件定义的方式
所有类型的自动化测量系统（包括RF）向软件定义的仪器系统的迁移，正快速增长，预计截止2009年底将有100000个基于PXI的系统被发布，其中包括超过600000个软件定义的仪器模块。开放的、用户定义的软件与模块化的、基于PC的硬件非常适合自动化的RF测试应用，因为它们提供了高性能的处理器与数据总线、灵活的I/O外设、紧凑的模块化设计、智能的电源分配与监测和整个系统内的精确定时与同步。
换言之，该实现自动化的RF测试的软件定义方式使用了与传统RF台式仪器类型相似的组件，但在一个模块化、用户定义的架构中运用这些组件。该方式为工程师们提供了最高性能的组件，用户可编程的I/O与分析，以及一个在要求最严格的RF测试环境中已证明其可靠性的紧凑外形尺寸。对于超越传统台式仪器进行思考的工程师们，最终的回馈是一个更快速、更灵活且具有相同精度的RF测试解决方案――所有这些只需要在一个系统内堆砌传统RF仪器的成本的几分之一。为了进一步理解面向RF的软件定义的仪器系统的优势所在，我们考察下面的案例，它们描述了该方式的速率、灵活性和精度如何在满足目前的RF测试需求时实现显著的性能提升。
测量速率――WLAN
软件定义的PXI测量系统的核心优势之一便是比传统RF仪器高得多的测量速率。虽然这一优势在测试多个无线标准时会有恶化，但是，工程师们也可以在测试单个标准（如无线局域网（WLAN））时显著提升速率。
WLAN测量，如误差矢量幅度（EVM）和频谱模板，需要大量的信号处理。凭借PXI控制器中的多核CPU，工程师们可以利用软件定义的RF仪器系统，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF矢量信号分析仪，以超过5-10倍的速率执行这些测量。而且，利用面向LabVIEW的NI WLAN工具集的工程师们可以在每次一个更快速的PXI多核控制器发布时，自动升级其测量性能，因为测试库是专为多核执行而设计的。在图1中，观察关于在各种RF信号分析仪上进行一个54 Mbps突发信号的EVM和功率测量的WLAN测量时间的比较。
图1．比较相互竞争的仪器的EVM测量时间。
基于NI LabVIEW的PXI WLAN测量系统中所采用的高性能多核处理器，以超过传统向量信号分析仪和专用WLAN仪器盒5-10倍的速率，执行绝大多数的IEEE 802.11a/b/g测量。
灵活的仪器系统――广播射频
软件定义的仪器系统的另一个优势在于利用相同的RF硬件测试多个无线标准的灵活性。现今的无线设备需要满足与日俱增的大量标准。例如，现代的智能电话往往支持最少六项无线标准，如GSM/EDGE/WCDMA、蓝牙、GPS以及甚至WLAN。此外，一些现代广播射频接收装置支持10项以上无线标准，包括AM/FM、RDS/RDBS、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS承载的TMC以及甚至DARC。因而，在无线测试中显然需要一个足够灵活以便在新的无线标准涌现时对其进行处理的仪器系统。
利用软件定义的仪器系统，工程师们可以在LabVIEW中创建任意的广播射频信号，并将其下载至一个PXI RF向量信号发生器的存储器中，以进行即时广播测试。例如，Averna公司（一个NI优选联盟合作者）的工程师们提供了基于PXI的通用射频测试仪（URT），以利用相同的RF仪器系统测试多个射频标准。一个典型的Averna URT系统如图2所示。
除了生成射频广播标准外，Averna URT执行RF记录与回放。该技术充分利用了PXI数据总线的高数据速率和LabVIEW软件的高性能数据存储与处理。通过在实验室中记录和回放RF信号，工程师们可以验证接收装置，如FM、DVB-T或GPS接收装置，在其最终的发布环境内如何工作。
精确的仪器系统――WiMAX
软件定义的RF仪器系统最后一项优势在于工程师们可以以比传统仪器更低的成本进行高精度的测量。随着新的无线标准（如WiMAX和第三代合作伙伴计划（3GPP）的长期演进技术（LTE））的涌现，许多无线设备必须满足比以往更严格的RF性能要求。例如，对于54 Mbps、64-正交幅度调制（QAM）的信号类型，一个802.11a/g （WLAN）发射装置的最小EVM需求为-25 dB。如3GPP LTE和WiMAX等更新的标准则需要满足甚至更高的RF性能需求。相比之下，对于一个相似的64-QAM信号类型，一个802.16-2004（固定的WiMAX）设备的最小EVM需求为-31 dB，即要求更好的RF性能。
现今的软件定义的仪器系统帮助工程师们以低于以往可能的成本实现世界级的RF测量性能。三年前，一个RF向量信号发生器和分析仪，如果能够实现面向固定的WiMAX的-45 dB EVM测量和面向WCDMA的65 dBc相邻通道泄露比（ACLR）测量，那么，无论来自哪一家厂商，其价格都会超过十万美元。然而，今天，工程师们可以利用新型PXI仪器，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF向量信号分析仪和NI PXIe-5673 RF向量信号发生器，实现这一水平的精度，其成本低于6.5万美元（包括底板和控制器）。这两款仪器均采用了最新的16-位模数转换器和数模转换器和一个具有宽即时频带（分别为50 MHz和100 MHz）的低相位噪声合成器（在1 GHz处为-110 dBc/Hz），以实现低成本的精确测量。
例如，考虑NI PXIe-5663和PXIe-5673对于一个3.5 GHz的固定的WiMAX信号的残余EVM性能。利用面向固定的WiMAX的新型NI测量套件，工程师们可以可视化展现一个16-QAM信号的星座图。该图形提供了调制精度的一个可视化表示，其中更小的点意味着更好的RF性能。图3中所报告的EVM为-46 dB（即0.5%），该结果比固定的WiMAX设备的最小性能需求高出15dB。
随着关于测量速率、灵活性和精度的需求的提高，工程师们必须继续打破常规进行思考，以获得创新的RF测试解决方案。幸运的是，模块化的、软件定义的仪器系统赋予工程师们新的工具，以测试大量无线标准数量的持续增长。
Richard McDonell是NI公司负责PXI和VXI的资深集团经理。他拥有德克萨斯A ＆ M大学的电气工程专业学士学位。
David Hall是NI公司负责RF与无线通信硬件与软件的一位产品经理。他拥有宾尼伐利亚州立大学的计算机工程专业的学士学位。
对于具有多项测试需求的自动化测试系统，这一方式通常会导致面向系统内的每一项测试需求采用不同的台式仪器。当这些测试需求统一且保持不变时，这一方法或许可以奏效，但是，对于现今的复杂RF设备（它往往采用多个无线标准）的测试，它会变得麻烦、缓慢且最终成本更高。一种软件定义的方式非常适合RF验证、确认和生产测试的自动化，而传统的RF台式仪器将继续在设计工作台上发挥重要的作用。
仪器揭秘
现今的工程师们为了满足其RF测试需求，必须超越常规的台式仪器思维。然而，为了做到这些，他们首先需要了解一个典型的RF台式仪器的内部细节。在每个约38000立方厘米的金属与塑料的薄片封装内是一个厂商定义的世界，包括构成一个RF台式仪器的组件；典型情况下，它包括一个电源、处理器、PC主板或背板、嵌入式操作系统、测量库和一个软件显示装置。一个台式仪器的传统吸引力在于将这些应用于一组特定测量需求的匹配组件组合在一起。
这一方式可以满足具有常见测试需求的RF设备的测试。然而，近些年来，一个台式仪器面向自动化RF测试的效率业已随着无线设备的特性的持续变化而显著衰退。无线设备的产量也超过了传统RF台式仪器的典型测试吞吐量，因为更为缓慢的处理器和数据总线技术往往比当前的PC技术落后好几代。对于传统RF仪器的组成和采用测量功能固定与次优的I/O处理所面临的挑战的清晰理解，有助于工程师们超越常规考虑如何满足RF自动化测量的需求。
Software-Defined Approach 软件定义的方式
所有类型的自动化测量系统（包括RF）向软件定义的仪器系统的迁移，正快速增长，预计截止2009年底将有100000个基于PXI的系统被发布，其中包括超过600000个软件定义的仪器模块。开放的、用户定义的软件与模块化的、基于PC的硬件非常适合自动化的RF测试应用，因为它们提供了高性能的处理器与数据总线、灵活的I/O外设、紧凑的模块化设计、智能的电源分配与监测和整个系统内的精确定时与同步。
换言之，该实现自动化的RF测试的软件定义方式使用了与传统RF台式仪器类型相似的组件，但在一个模块化、用户定义的架构中运用这些组件。该方式为工程师们提供了最高性能的组件，用户可编程的I/O与分析，以及一个在要求最严格的RF测试环境中已证明其可靠性的紧凑外形尺寸。对于超越传统台式仪器进行思考的工程师们，最终的回馈是一个更快速、更灵活且具有相同精度的RF测试解决方案――所有这些只需要在一个系统内堆砌传统RF仪器的成本的几分之一。为了进一步理解面向RF的软件定义的仪器系统的优势所在，我们考察下面的案例，它们描述了该方式的速率、灵活性和精度如何在满足目前的RF测试需求时实现显著的性能提升。
测量速率――WLAN
软件定义的PXI测量系统的核心优势之一便是比传统RF仪器高得多的测量速率。虽然这一优势在测试多个无线标准时会有恶化，但是，工程师们也可以在测试单个标准（如无线局域网（WLAN））时显著提升速率。
WLAN测量，如误差矢量幅度（EVM）和频谱模板，需要大量的信号处理。凭借PXI控制器中的多核CPU，工程师们可以利用软件定义的RF仪器系统，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF矢量信号分析仪，以超过5-10倍的速率执行这些测量。而且，利用面向LabVIEW的NI WLAN工具集的工程师们可以在每次一个更快速的PXI多核控制器发布时，自动升级其测量性能，因为测试库是专为多核执行而设计的。在图1中，观察关于在各种RF信号分析仪上进行一个54 Mbps突发信号的EVM和功率测量的WLAN测量时间的比较。
图1．比较相互竞争的仪器的EVM测量时间。
基于NI LabVIEW的PXI WLAN测量系统中所采用的高性能多核处理器，以超过传统向量信号分析仪和专用WLAN仪器盒5-10倍的速率，执行绝大多数的IEEE 802.11a/b/g测量。
灵活的仪器系统――广播射频
软件定义的仪器系统的另一个优势在于利用相同的RF硬件测试多个无线标准的灵活性。现今的无线设备需要满足与日俱增的大量标准。例如，现代的智能电话往往支持最少六项无线标准，如GSM/EDGE/WCDMA、蓝牙、GPS以及甚至WLAN。此外，一些现代广播射频接收装置支持10项以上无线标准，包括AM/FM、RDS/RDBS、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS承载的TMC以及甚至DARC。因而，在无线测试中显然需要一个足够灵活以便在新的无线标准涌现时对其进行处理的仪器系统。
利用软件定义的仪器系统，工程师们可以在LabVIEW中创建任意的广播射频信号，并将其下载至一个PXI RF向量信号发生器的存储器中，以进行即时广播测试。例如，Averna公司（一个NI优选联盟合作者）的工程师们提供了基于PXI的通用射频测试仪（URT），以利用相同的RF仪器系统测试多个射频标准。一个典型的Averna URT系统如图2所示。
除了生成射频广播标准外，Averna URT执行RF记录与回放。该技术充分利用了PXI数据总线的高数据速率和LabVIEW软件的高性能数据存储与处理。通过在实验室中记录和回放RF信号，工程师们可以验证接收装置，如FM、DVB-T或GPS接收装置，在其最终的发布环境内如何工作。
精确的仪器系统――WiMAX
软件定义的RF仪器系统最后一项优势在于工程师们可以以比传统仪器更低的成本进行高精度的测量。随着新的无线标准（如WiMAX和第三代合作伙伴计划（3GPP）的长期演进技术（LTE））的涌现，许多无线设备必须满足比以往更严格的RF性能要求。例如，对于54 Mbps、64-正交幅度调制（QAM）的信号类型，一个802.11a/g （WLAN）发射装置的最小EVM需求为-25 dB。如3GPP LTE和WiMAX等更新的标准则需要满足甚至更高的RF性能需求。相比之下，对于一个相似的64-QAM信号类型，一个802.16-2004（固定的WiMAX）设备的最小EVM需求为-31 dB，即要求更好的RF性能。
现今的软件定义的仪器系统帮助工程师们以低于以往可能的成本实现世界级的RF测量性能。三年前，一个RF向量信号发生器和分析仪，如果能够实现面向固定的WiMAX的-45 dB EVM测量和面向WCDMA的65 dBc相邻通道泄露比（ACLR）测量，那么，无论来自哪一家厂商，其价格都会超过十万美元。然而，今天，工程师们可以利用新型PXI仪器，如NI PXIe-5663 6.6 GHz RF向量信号分析仪和NI PXIe-5673 RF向量信号发生器，实现这一水平的精度，其成本低于6.5万美元（包括底板和控制器）。这两款仪器均采用了最新的16-位模数转换器和数模转换器和一个具有宽即时频带（分别为50 MHz和100 MHz）的低相位噪声合成器（在1 GHz处为-110 dBc/Hz），以实现低成本的精确测量。
例如，考虑NI PXIe-5663和PXIe-5673对于一个3.5 GHz的固定的WiMAX信号的残余EVM性能。利用面向固定的WiMAX的新型NI测量套件，工程师们可以可视化展现一个16-QAM信号的星座图。该图形提供了调制精度的一个可视化表示，其中更小的点意味着更好的RF性能。图3中所报告的EVM为-46 dB（即0.5%），该结果比固定的WiMAX设备的最小性能需求高出15dB。
随着关于测量速率、灵活性和精度的需求的提高，工程师们必须继续打破常规进行思考，以获得创新的RF测试解决方案。幸运的是，模块化的、软件定义的仪器系统赋予工程师们新的工具，以测试大量无线标准数量的持续增长。
Richard McDonell是NI公司负责PXI和VXI的资深集团经理。他拥有德克萨斯A ＆ M大学的电气工程专业学士学位。
David Hall是NI公司负责RF与无线通信硬件与软件的一位产品经理。他拥有宾尼伐利亚州立大学的计算机工程专业的学士学位。
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