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无线产品工程师必读宝典

2019-11-06
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在过去几十年中,从最初的 2G 网络到现在的 NFC、4G、5G网络、 WiFi、蓝牙、 FM 等,无线通信技术得到了飞速的发展,其形式变得越来越丰富。射频产品是无线连接的核心,也是实现信号发送和接收的基础零件。伴随着无线通信技术的变化,与之相关的射频产品也发生了改变。


就不同的无线通信技术来说,射频产品也就需要满足五花八门的通信协议和方法,要同时遵守GSM、LTE和UMTS等相关国际公认蜂窝标准、国家或地区无线电型号核准认证以及安全相关标准。同时,由于手机、物联网等新兴领域的影响,使得当代射频产品需要拥有高带宽、低时延、以及海量连接的功能,这也导致了射频设计越来越复杂。


而测试则是射频产品从原型验证走向量产的必经之路。受到射频产品的影响,与之相关的射频测试需求也随之提高。为了及时应对不断变化的无线技术,测试系统需要在整个射频频谱上工作,支持授权和非授权频段,并支持从 2G 到 5G 新空口(NR)和 LTE-A Pro 的所有蜂窝技术。还需要加入无线网络协议,例如包括短程通信无线网络802.11 系列。此外,测试系统应具有1 GHz的瞬时带宽能力,才能测试高级算法,比如数字预失真技术的算法。要测量的典型射频参数可能包括功率、谐波、误差矢量幅度(EVM)和相邻信道泄漏比(ACLR)。


无线频谱的应用范围不断扩大,为了跟得上市场对射频产品的需求,同时也要满足在尽可能短的时间内完成测试的需求,因此测试配置是否易于升级就非常重要。传统测试设备的设计既复杂又昂贵,同时由于无法利用集成的优势,经常落后于射频产品对测试设备更新换代的需求,无法在短时间内实现效益化。因而,利用软件对测试设备进行更新的新方式开始被业界所青睐。


在这种市场的驱动之下,NI将核心软件功能(集成数据分析、广泛的硬件集成和高效开发语义等)与针对目标应用(如LTE IP、异步通信设计和自动化测试序列管理)的高度专用功能相结合。并于2012年推出了全球首台射频矢量信号收发仪 。


矢量信号收发仪(VST)是全新的软件完全自定义仪器,它结合了矢量信号分析仪(VSA)、矢量信号发生器(VSG)与基于FPGA的实时信号处理和控制。以软件为中心的架构为射频模块或系统的测试开启了一个新的方式,相关从业者可借助LabVIEW来定制开放的、基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件,来满足特定的需求。


同时,为了更好地适应市场的发展需要,NI也在4年后,对VST进行了升级,推出了VST2.0。此外,NI还将VST与PXI相结合,共同助力射频产品的测试。PXI是自动化测试的行业标准。它是一个基于PC的开放式高性能平台,提供了集成的硬件或软件定时和同步功能,以及适用于验证和生产测试的高吞吐量。在测试解决方案中集成 PXI 嵌入式控制器模块,便可使用多个不同输入参数进行测试。控制器减轻了矢量信号收发仪(VST)等主要测试模块的测试任务控制负担。与台式计算机的自动化测试相比,使用嵌入式控制器可以大幅缩短每次测试的周期时间。


据PXI VST的官方说明:PXI矢量信号收发仪(VST)将RF矢量信号分析器和发生器、基带矢量信号分析器和发生器、用户可编程FPGA以及高速串行和并行数字接口相结合,可执行实时信号处理和控制。


基于模块化 PXI 系统,可将 VSA、VST 和其他模块集成到PXIe 机箱中。通过快速软件控制,该系统可以快速修改一系列参数,进而快速运行不同的测试。据NI官方资料显示,PXI VTS构成完整射频特性分析和测试解决方案的各个模块。每个 PXI 模块包含一组示例代码和 API,可执行 2G 到 5G 标准的无线测试以及基于 Wi-Fi 和蓝牙等连接协议的测试。这些示例使用 LabVIEW、C 和 Visual Basic .NET 等语言编写。如图 3 所示,软件定义的 “软面板”除了采用整体解决方案对操作进行,还可以轻松地创建和配置,从而轻松地控制每个模块。


NI认为,随着产品复杂性的增加和开发周期不断缩短,如果要全方位了解射频特性分析和测试,就需要快速、高度集成且基于软件的方法。理想的解决方案是使用全面的模块化硬件平台。通过软硬件之间的结合,全面加速射频模块或系统的测试。


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