使用PXI測(cè)試平臺(tái)測(cè)試下一代無(wú)線設(shè)備

要預(yù)測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和用戶使用技術(shù)的方法是件十分困難的事情。在70年代有誰(shuí)能夠想象無(wú)線設(shè)備或者說(shuō)無(wú)線技術(shù)今天會(huì)變得那么普遍，現(xiàn)在每年有超過(guò)10億臺(tái)手機(jī)被制造出來(lái)。隨著更多用戶在每天的日常生活中開始使用無(wú)線技術(shù)，消費(fèi)者正在獲益。然而，設(shè)備制造商為了將許多應(yīng)用集成到一個(gè)無(wú)線設(shè)備上做了許多努力，同時(shí)這個(gè)設(shè)備還需要支持多種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)(圖1)。

無(wú)線性能日益增長(zhǎng)對(duì)測(cè)試設(shè)備制造商提出了一個(gè)挑戰(zhàn)，它們需要開發(fā)產(chǎn)品用來(lái)在同一個(gè)測(cè)試平臺(tái)上處理所有的功能需求。這使得開發(fā)新型的現(xiàn)代化儀器以便滿足這些變化的需求成為當(dāng)務(wù)之急?，F(xiàn)代的無(wú)線設(shè)備比以往任何時(shí)候涉及的通信標(biāo)準(zhǔn)都更多。文介紹了如何使用靈活的PXI硬件和軟件平臺(tái)如何幫助您在同樣的平臺(tái)上對(duì)多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

圖1:無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的種類不斷以更快地速度增加。

超越傳統(tǒng)的射頻儀器

消費(fèi)者會(huì)不斷對(duì)無(wú)線設(shè)備提出新功能或增強(qiáng)性能的要求。隨著對(duì)這些產(chǎn)品需求的不斷增加，制造測(cè)試時(shí)間會(huì)不斷趨近于零，而功能測(cè)試時(shí)間則趨近于無(wú)窮大(圖2)。隨著具有無(wú)線功能設(shè)備數(shù)量的不斷增加，為了滿足需求增加的負(fù)擔(dān)就落在了生產(chǎn)線上，體現(xiàn)在要求更高的測(cè)試速度和更多樣的功能測(cè)試。

圖2:制造測(cè)試時(shí)間將趨近于零，而測(cè)試數(shù)量將趨近于無(wú)窮大。

解決現(xiàn)代與下一代無(wú)線設(shè)備測(cè)試需求的最佳途徑是建立能夠隨著未來(lái)需求而不斷擴(kuò)展的平臺(tái)。NI PXI射頻平臺(tái)是一個(gè)基于NI LabVIEW軟件和PXI硬件的真正用戶自定義的射頻平臺(tái)。利用PXI Express的帶寬和多核處理器的并行處理能力，測(cè)試系統(tǒng)的速度隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力和運(yùn)算速度的發(fā)展也不斷提高。目前，PXI的平臺(tái)已經(jīng)可以提供10倍于傳統(tǒng)儀器的性能提高，隨著多核技術(shù)的使用，該平臺(tái)的處理能力將有100倍的提升。

新型的NI PXIe-5663射頻矢量信號(hào)分析儀和NI PXIe-5673射頻矢量信號(hào)發(fā)生器通過(guò)使用PXI Express提供高達(dá)6.6 GHz的測(cè)量功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了PXI射頻平臺(tái)(圖3)。NI PXIe-5663提供了從85 MHz至6.6 GHz的信號(hào)發(fā)生功能以及高達(dá)100 MHz的瞬時(shí)帶寬。在與新型的NI PXIe-1075 18槽機(jī)箱一起使用時(shí)，PCI Express通道連接到每個(gè)槽位，提供高達(dá)每個(gè)槽位1 GB/s的帶寬和高達(dá)4 GB/s的總系統(tǒng)帶寬，從而可以在PXI平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)高速射頻測(cè)試。

圖3:NI PXIe-5663向量信號(hào)分析儀和NI PXIe-5673向量信號(hào)發(fā)生器將PXI Express的測(cè)量功能擴(kuò)展到6.6 GHz

新型的射頻模塊化儀器完全利用高性能多核處理器的功能，是高速射頻與無(wú)線自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境的理想選擇。使用LabVIEW 8.6在多核CPU上運(yùn)行并行的測(cè)量算法，可以使用新型射頻矢量信號(hào)分析儀和射頻矢量信號(hào)發(fā)生器完成多種常見的射頻測(cè)量，其速度比傳統(tǒng)的儀器明顯更快。舉例而言，這些射頻模塊化儀器能夠?qū)崿F(xiàn)一系列WCDMA測(cè)量，其速度是傳統(tǒng)儀器的四倍以上；一些個(gè)別的測(cè)量甚至可以快20倍以上。在新型的多核處理器上市之后，射頻測(cè)量時(shí)間會(huì)繼續(xù)縮短，而無(wú)需對(duì)射頻儀器或LabVIEW程序進(jìn)行任何修改。這就確保了最高的測(cè)量性能、延長(zhǎng)了系統(tǒng)壽命、降低了資本投資。

新型的6.6 GHz模塊化儀器為了達(dá)到這一性能使用最新的商業(yè)技術(shù)，例如16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)為信號(hào)發(fā)生和數(shù)字化提供了卓越的動(dòng)態(tài)性能。NI PXIe-5673射頻信號(hào)發(fā)生器使用直接的射頻上變頻，能夠達(dá)到高達(dá)100 MHz的射頻帶寬。利用附加的“補(bǔ)償模式”，就可以利用板載可編程門陣列(FPGA)手動(dòng)調(diào)節(jié)增益平衡偏差、IQ偏移以及象限偏差。將這些參數(shù)為某一頻率進(jìn)行優(yōu)化，就可以得到優(yōu)于-85 dBc的載波和圖像抑止。NI PXIe-5663射頻矢量信號(hào)分析儀提供了平坦的通帶和低相位噪聲，因此可以準(zhǔn)確地測(cè)量調(diào)制信號(hào)。例如，

由于這些新型產(chǎn)品是基于PXI的，您就能夠在同一個(gè)平臺(tái)中測(cè)試多個(gè)射頻和無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并且從較大的速度優(yōu)勢(shì)獲益，同時(shí)能夠獲得PXI平臺(tái)的內(nèi)在可升級(jí)性。無(wú)論您是測(cè)試802.11、DVB、GPS、WiMAX(802.16e/d或m)，或是測(cè)試多輸入多輸出的正交頻分多路復(fù)用(MIMO-OFDM)，這些PXI產(chǎn)品都能夠進(jìn)行擴(kuò)展?jié)M足這些復(fù)雜的需求。

舉例來(lái)說(shuō)，許多最新的技術(shù)都將MIMO-OFDM作為核心引擎。傳統(tǒng)的儀器設(shè)法達(dá)到2x2、4x4或是更多的MIMO解決方案，將多個(gè)系統(tǒng)通過(guò)菊花鏈連接在一起。這樣導(dǎo)致多許多不便；例如，系統(tǒng)尺寸較大，由于存在未使用系統(tǒng)的重復(fù)部件增加了成本(例如多個(gè)本地振蕩器或LO)，無(wú)法在一個(gè)較小的時(shí)間窗口內(nèi)有效地同時(shí)觸發(fā)多個(gè)系統(tǒng)。

PXI平臺(tái)能夠解決這些問題。首先，每個(gè)模塊都共享常見的系統(tǒng)背板。此外，通過(guò)星型觸發(fā)，您可以在1納秒的窗口內(nèi)觸發(fā)每個(gè)模塊，從而可以在模塊之間進(jìn)行緊密的同步(圖4)。第二，能夠降低成本，因?yàn)榭梢栽谕粰C(jī)箱的多個(gè)模塊之間共享相同的LO。第三，由于模塊尺寸較小，可以在一個(gè)便攜式的機(jī)箱內(nèi)容納多個(gè)MIMO配置。

圖4:PXI的星型觸發(fā)器提供模塊間1納秒的緊密同步。

軟件定義并且用戶定義的平臺(tái)

現(xiàn)代許多客戶都在對(duì)廠商為市場(chǎng)提供測(cè)量功能的傳統(tǒng)方法提出了置疑，傳統(tǒng)的測(cè)量功能要進(jìn)入市場(chǎng)需要消費(fèi)者等待測(cè)量功能嵌入到測(cè)試儀器的固件中。尤其當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)化之前使用某個(gè)技術(shù)或是在對(duì)下一代系統(tǒng)進(jìn)行原型開發(fā)時(shí)，這樣的方式將阻礙開發(fā)的速度。

對(duì)于這個(gè)困難的一種解決方法是使用基于軟件的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)當(dāng)前于市場(chǎng)上并沒有的功能。這種功能可以超越最先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備的功能，使您在與使用傳統(tǒng)測(cè)試儀器競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的博弈中取得優(yōu)勢(shì)是至關(guān)重要的。然而，請(qǐng)注意“軟件定義”這個(gè)術(shù)語(yǔ)有許多內(nèi)涵，如果只是廠商宣稱使用了基于軟件定義的體系結(jié)構(gòu)，并不意味著就可以直接使用這種設(shè)計(jì)或者從這種設(shè)計(jì)中獲益。舉例而言，如果您無(wú)法開發(fā)算法，并將它們嵌入到儀器中，或者創(chuàng)建現(xiàn)在無(wú)法使用的功能，那么軟件定義是對(duì)于儀器制造商而言的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而不是作為終端用戶的您。

真正開放式的軟件定義的平臺(tái)對(duì)于使用現(xiàn)代技術(shù)而言是必須的，而且工程師還希望獲得更多自定義的權(quán)限和能力，當(dāng)然，這也就要求進(jìn)行開發(fā)的工程師具備更加深厚的技術(shù)背景。許多工程師現(xiàn)在希望得到一個(gè)用戶定義的體系結(jié)構(gòu)以便在同一個(gè)平臺(tái)上對(duì)軟件和硬件進(jìn)行定制，在研發(fā)和制造線上使用相同的系統(tǒng)。這給了工程師在需要的時(shí)候?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)添加硬件的能力。

舉例而言，NI客戶使用NI LabVIEW軟件和PXI硬件實(shí)現(xiàn)純用戶定制的解決方案。LabVIEW作為一個(gè)實(shí)際的開放式軟件平臺(tái)幫助您對(duì)軟件進(jìn)行定制，滿足您的需求，而不需要依賴儀器廠商解決這些問題。例如，如果需要在射頻測(cè)試平臺(tái)上具有壓力或溫度傳感器功能，可以使用NI PXI硬件模塊。這種完全可自定義的平臺(tái)可以搭配1500多種測(cè)量專用模塊，從直流測(cè)量直至26.5 GHz，來(lái)自于超過(guò)70家廠商(圖5)。如果這些仍然無(wú)法滿足您的需求，可以根據(jù)PXI系統(tǒng)聯(lián)盟規(guī)范開發(fā)PXI模塊。這樣就開辟了無(wú)限的可能性和功能，提供給您能夠滿足需要的測(cè)試系統(tǒng)靈活性。

圖5:超過(guò)70家廠商制造超過(guò)1500家用于PXI的測(cè)量專用模塊。

隨著時(shí)間的推移維護(hù)性能

和所有的高科技設(shè)備一樣，是否淘汰是一個(gè)重要的考慮。對(duì)于在任意給定時(shí)間市場(chǎng)上具有最快處理能力的計(jì)算機(jī)而言。一旦完成購(gòu)買之后，在幾周或是幾個(gè)月之后，市場(chǎng)上就會(huì)出現(xiàn)更好、更快的型號(hào)。并沒有一個(gè)很好的方法確定計(jì)算機(jī)的最佳購(gòu)買時(shí)間，以便確保性能的可持久性，因此您可能會(huì)推后購(gòu)買的決定。

如果購(gòu)買量比較大，或是需要使用設(shè)備幾年，那么這個(gè)情況就會(huì)變得更為重要。舉例而言，對(duì)于整條制造線而言，每隔五年到七年用于購(gòu)買射頻設(shè)備的成本會(huì)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)美元。一旦為制造線購(gòu)買了設(shè)備，就被限制在幾年之內(nèi)必須利用現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)性能。對(duì)于新的購(gòu)買而言，最新測(cè)試性能能夠可以體現(xiàn)最新的科技成果。但是隨著時(shí)間的推移，測(cè)試速度會(huì)不斷落后于進(jìn)步的技術(shù)，這就要求制造工程師千方百計(jì)的從傳統(tǒng)的平臺(tái)中獲取極其有限的速度提升，以便滿足不斷增加的產(chǎn)品需求。

LabVIEW和PXI利用多核處理器，以便不斷提升測(cè)試速度以滿足行業(yè)趨勢(shì)(圖6)。與傳統(tǒng)射頻測(cè)試設(shè)備不同，傳統(tǒng)的射頻測(cè)試設(shè)備相對(duì)于市場(chǎng)上最新最快的測(cè)試設(shè)備而言，速度只能越來(lái)越慢，多核處理器為使測(cè)試系統(tǒng)跟上潮流的發(fā)展提供了一個(gè)途徑，隨著多核技術(shù)的發(fā)展，其速度將變得更快。

圖6:NI LabVIEW與PXI為并行測(cè)試提供了高性能可擴(kuò)展的模型。

使用PXI測(cè)試下一代設(shè)備

利用NI PXIe-5663和PXIe-5673的速度和靈活性，PXI射頻平臺(tái)能夠滿足大多數(shù)現(xiàn)代與下一代射頻設(shè)備所提出的測(cè)試與設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的需求?，F(xiàn)在您擁有了一個(gè)可擴(kuò)展、用戶定義、可升級(jí)的平臺(tái)，能夠與現(xiàn)代技術(shù)同步，并且處理速度隨著時(shí)間推移將變得更快，從而確保了系統(tǒng)的使用壽命、保護(hù)了資本投資。