決定無(wú)線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)未來(lái)的三大趨勢(shì)

時(shí)間：2022-03-03作者：深圳市清寶科技有限公司瀏覽：32

David A. Hall 在本文中，我們將描述無(wú)線(xiàn)世界中的三種趨勢(shì)，它們不僅會(huì)影響射頻測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)，還會(huì)影響工程師使用這些工具的方式。

文本

早上 7 點(diǎn)，您會(huì)在收音機(jī)鬧鐘上的經(jīng)典搖滾音樂(lè)中醒來(lái)。天哪，這是什么歌？數(shù)字文本“Wanted Dead or Alive - John Bon Jovi”在配備 RDS 標(biāo)準(zhǔn)的收音機(jī)屏幕上滾動(dòng)。吃早餐時(shí)，通過(guò) WLAN 收發(fā)器在家查看電子郵件。當(dāng)您準(zhǔn)備出發(fā)去工作時(shí)，您進(jìn)入車(chē)庫(kù)，使用 315MHz FSK **器解鎖門(mén)，然后使用來(lái)自 43MHz ASK **器的另一個(gè)信號(hào)打開(kāi)車(chē)庫(kù)門(mén)。離開(kāi)車(chē)庫(kù)時(shí)，您可以通過(guò)衛(wèi)星廣播享受免費(fèi)的商業(yè)娛樂(lè)節(jié)目。你可以一邊聽(tīng)音樂(lè)一邊上班。過(guò)一會(huì)，你就可以在耳邊戴上藍(lán)牙收發(fā)器，手里拿著一部3G手機(jī)。接下來(lái)需要跟老板核對(duì)訂單，看來(lái)今天要出去工作了。立刻，您的 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)得到 3D 修復(fù)，您就可以出發(fā)了。GPS 接收器的聲音提示會(huì)告訴您使用收費(fèi)公路，并且將使用 RFID 閱讀器在途中向您收取適當(dāng)?shù)馁M(fèi)用。

毫無(wú)疑問(wèn)，射頻技術(shù)無(wú)處不在。然而，隨著采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的用戶(hù)數(shù)量增加，參與這些產(chǎn)品生產(chǎn)的工程師面臨的挑戰(zhàn)也隨之增加。事實(shí)上，在許多方面，射頻測(cè)試市場(chǎng)與無(wú)線(xiàn)消費(fèi)產(chǎn)品市場(chǎng)同步發(fā)展，新的測(cè)試儀器的特性是由新的消費(fèi)產(chǎn)品決定的。

本文將說(shuō)明無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的三種趨勢(shì)，這些趨勢(shì)不僅影響射頻測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)，還影響工程師使用這些工具的方式。這三個(gè)趨勢(shì)是：

? 改進(jìn)片上系統(tǒng) (SOC) 集成；

? 新標(biāo)準(zhǔn)需要較**的調(diào)制技術(shù)；

? 增加壓力以縮短測(cè)試時(shí)間。

通過(guò)了解這三個(gè)趨勢(shì)，我們可以理解為什么需要一個(gè)通用的、軟件定義的、內(nèi)在靈活的測(cè)試平臺(tái)來(lái)滿(mǎn)足這些行業(yè)需求。20 年前，美國(guó)國(guó)家儀器 ( ) 的人們率先提出了“虛擬儀器”的概念，描述了一種使用可定制軟件和模塊化測(cè)量硬件來(lái)創(chuàng)建用戶(hù)定義的測(cè)量場(chǎng)景的系統(tǒng)。盡管當(dāng)時(shí)這個(gè)概念仍在爭(zhēng)論中，但現(xiàn)在我們看到：射頻和通信行業(yè)正在推動(dòng)此類(lèi)測(cè)量的發(fā)展。

趨勢(shì) 1：提高 SoC 的集成度

多年來(lái)，消費(fèi)者需要更多功能豐富的產(chǎn)品，這導(dǎo)致越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)被集成到同一設(shè)備中。無(wú)論設(shè)備是手機(jī)還是汽車(chē)，在設(shè)備中擁有更多射頻收發(fā)器的可能性都在增加。

五年前，當(dāng)我看到我的手機(jī)除了支持四頻 GSM 之外，還有藍(lán)牙收發(fā)器時(shí)，我感到很驚訝?，F(xiàn)在，任何沒(méi)有藍(lán)牙連接和 3G 支持的手機(jī)都被認(rèn)為是過(guò)時(shí)的。事實(shí)上，下一代智能手機(jī)可能會(huì)支持較廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，包括 GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX、WLAN、DVB-H，甚至 GPS。當(dāng)然，整合多種標(biāo)準(zhǔn)并不局限于蜂窩通信。在汽車(chē)領(lǐng)域，當(dāng)今的信息娛樂(lè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅支持傳統(tǒng)的 AM/FM 收音機(jī)，還通過(guò) GPS 提供導(dǎo)航服務(wù)，通過(guò) ATSC 或 DVB-T 廣播視頻提供視頻娛樂(lè)。

增加 SOC 集成的明顯例子是在無(wú)線(xiàn) LAN (WLAN) 領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域，射頻**、WLAN 基帶和藍(lán)牙基帶均已集成到單個(gè)芯片中。此外，還有許多具有無(wú)線(xiàn)連接功能的“多標(biāo)準(zhǔn)”消費(fèi)設(shè)備。例如，傳統(tǒng)的 GPS 設(shè)備只有射頻接收器作為 GPS 射頻**，而今天的 GPS 接收器也可能提供藍(lán)牙甚至 AM/FM 功能。

正如預(yù)期的那樣，消費(fèi)層多標(biāo)準(zhǔn)集成的增加也逐漸惡化了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的**鏈。為了實(shí)現(xiàn)低成本和小尺寸，許多芯片制造商現(xiàn)在提供在同一芯片上集成多個(gè)收發(fā)器的 SOC 架構(gòu)。

半導(dǎo)體和消費(fèi)產(chǎn)品級(jí)別向較高集成度的轉(zhuǎn)變使消費(fèi)者受益，而對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，這已被證明是測(cè)試的巨大挑戰(zhàn)。過(guò)去，工程師可以針對(duì)他們需要測(cè)試的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使用不同的臺(tái)式儀器。導(dǎo)航設(shè)備可以使用 GPS 仿真器，蜂窩設(shè)備可以使用無(wú)線(xiàn)測(cè)試套件，甚至 WLAN 和藍(lán)牙測(cè)試也可以使用**的 WLAN 和藍(lán)牙測(cè)試設(shè)備套件。然而，隨著無(wú)線(xiàn)設(shè)備集成度的提高，原來(lái)的方法過(guò)于昂貴。因此，無(wú)線(xiàn)測(cè)試領(lǐng)域也發(fā)生了根本性的變化。

因此，未來(lái)的主要趨勢(shì)將是提供可以測(cè)試大量無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的通用射頻發(fā)生器和分析儀。例如，使用基于 PXI 的射頻測(cè)量系統(tǒng)，相同的硬件可用于測(cè)試 AM、FM、RDS、XM/Sirius、ATSC、DVB、ISDB-T、UHF RFID、GPS、GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX 、WLAN等標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)新標(biāo)準(zhǔn)添加到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中時(shí)，測(cè)試多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的工程師不再需要為每個(gè)添加的標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)買(mǎi)新儀器。此外，許多通用儀器可以隨著時(shí)間的推移進(jìn)行升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)或新興標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試功能。

趨勢(shì)二：新標(biāo)準(zhǔn)

在過(guò)去的十年中，無(wú)線(xiàn)通信行業(yè)經(jīng)歷了不斷的創(chuàng)新，新的無(wú)線(xiàn)手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備達(dá)到了**的數(shù)據(jù)速率。然而，這種創(chuàng)新也是有代價(jià)的，它也給當(dāng)今的測(cè)試工程師帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。下一代通信設(shè)備不僅較加復(fù)雜，而且對(duì)測(cè)量質(zhì)量的要求也較高。

無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中近的一項(xiàng)主流創(chuàng)新是 MIMO-OFDM（多輸入多輸出 - 正交頻分復(fù)用）的出現(xiàn)。1949 年，克勞德提出了一個(gè)后來(lái)被稱(chēng)為“香農(nóng)定理”的公式，該公式指出大信道容量受帶寬和信噪比 (SNR) 的限制，如公式 1 所示。

容量 = 帶寬 xlog2 (1 SNR) 公式 1.香農(nóng)定理

近年來(lái)，為了提高無(wú)線(xiàn)通信信道的效率，已經(jīng)對(duì)技術(shù)進(jìn)行了很大改進(jìn)。雖然 ATSC（廣播視頻）和 GSM（蜂窩）等許多傳統(tǒng)信道采用單載波調(diào)制方案，但使用 OFDM（正交頻分復(fù)用）等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高的效率。事實(shí)上，DVB-T 和 IEEE 802.11a/g 等一些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)使用 OFDM 來(lái)提高信道效率。

香農(nóng)定理可以用來(lái)描述單天線(xiàn)系統(tǒng)的大吞吐量，但采用多天線(xiàn)系統(tǒng)可以獲得較高的吞吐量。事實(shí)上，固定和移動(dòng)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求不斷提高，從而催生了使用 MIMO-OFDM 技術(shù)的新一代通信標(biāo)準(zhǔn)。在圖 1 中，我們可以看到 WiMAX/3GPP LTE 和 IEEE 802.11n 等新興標(biāo)準(zhǔn)。

決定無(wú)線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)未來(lái)的三大趨勢(shì)

隨著固定和移動(dòng)應(yīng)用用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求越來(lái)越高，很可能在未來(lái)一兩年內(nèi)，我們將看到 WiMAX 和 IEEE 802.11n 等下一代通信標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用。

對(duì)于測(cè)試下一代通信設(shè)備的工程師來(lái)說(shuō)，采用 MIMO-OFDM 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試設(shè)備提出了幾個(gè)關(guān)鍵要求。首先，在OFDM信號(hào)測(cè)試中，對(duì)RF測(cè)試會(huì)有一些非常嚴(yán)格的要求。不僅如此，許多信號(hào)通常具有較高的帶寬，而且這些信號(hào)具有較高的峰均比（OFDM 的一個(gè)特性），需要具有較大動(dòng)態(tài)范圍的儀器。其次，MIMO系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要工程師使用同步射頻發(fā)生器和分析儀來(lái)測(cè)試設(shè)備。后，隨著新標(biāo)準(zhǔn)的推出速度如此之快，工程師們需要的儀器不僅可以測(cè)試當(dāng)前的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，還可以升級(jí)以測(cè)試未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)。

趨勢(shì)三：縮短測(cè)試時(shí)間的壓力加大

2009年，隨著許多無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品市場(chǎng)的萎縮，我們將看到持續(xù)降低測(cè)試成本的壓力。事實(shí)上，由于同時(shí)需要降低生產(chǎn)測(cè)試成本和縮短 RFIC 上市時(shí)間，縮短測(cè)試時(shí)間變得較加重要。

用戶(hù)需求表明需要以明顯的方式減少測(cè)試時(shí)間。無(wú)論產(chǎn)品是 WLAN 設(shè)備、蜂窩手機(jī)還是 TPMS（胎壓監(jiān)測(cè)）收發(fā)器，工程師們都在不斷尋找新的方法來(lái)縮短整體測(cè)試時(shí)間。在許多方面，縮短測(cè)試時(shí)間對(duì)于材料成本低的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一種自然的必要性。隨著材料成本的降低芯片測(cè)試，生產(chǎn)測(cè)試時(shí)間實(shí)際上成為產(chǎn)品 COGS（商品和服務(wù)成本）的主要因素之一。在射頻測(cè)試領(lǐng)域，測(cè)量技術(shù)的兩個(gè)變化也指向許多制造商需要減少測(cè)試時(shí)間。

首先，我們發(fā)現(xiàn)射頻矢量信號(hào)發(fā)生器和分析儀正在系統(tǒng)地轉(zhuǎn)向基于 VCO（壓控振蕩器）的合成器，而不是傳統(tǒng)的 YIG 組件。雖然基于 YIG 的合成器始終具有較好的相位噪聲特性，但基于 VCO 的合成器具有較快的調(diào)諧速度。由于基于 VCO 的產(chǎn)品（例如 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）的調(diào)諧速度比基于 YIG 的同類(lèi)產(chǎn)品較快，因此可以較快地進(jìn)行多頻段射頻測(cè)量。

需要較短測(cè)量時(shí)間的*二個(gè)標(biāo)志是“快速測(cè)量模式”選項(xiàng)，現(xiàn)在越來(lái)越多的射頻矢量信號(hào)分析儀添加了該選項(xiàng)。例如，許多用于蜂窩設(shè)備的分析儀提供“快速 ACP”模式，在這種模式下，相鄰信道功率 (ACP) 等測(cè)量是在時(shí)域而非頻域中進(jìn)行的。盡管用戶(hù)通常會(huì)犧牲動(dòng)態(tài)頻率，但此選項(xiàng)允許工程師在速度和精度之間進(jìn)行選擇。

強(qiáng)調(diào)減少測(cè)量時(shí)間意味著工程師必須找到較有效的方法來(lái)測(cè)試無(wú)線(xiàn)設(shè)備。在某些情況下，這意味著采用并行測(cè)試方法來(lái)提高儀器利用率。在其他情況下，這意味著射頻分析儀必須以**的速度進(jìn)行測(cè)量。幸運(yùn)的是，軟件定義的 PXI 儀器的優(yōu)勢(shì)之一是 PXI 控制器的高測(cè)試速度。如圖2所示，PXI射頻矢量信號(hào)分析儀（NI PXIe-5663）在50MHz頻率范圍內(nèi)的測(cè)量時(shí)間取決于系統(tǒng)使用的CPU。因此，使用較快的CPU是可行的。以減少測(cè)量時(shí)間。例如，對(duì)于 100kHz RBW，只需將 AMD Turon CPU 升級(jí)到新的 Intel Core 2 Duo 即可將 50MHz 頻率范圍頻譜測(cè)量時(shí)間從 3.3ms 減少到 2. 1 毫秒。因此芯片測(cè)試，使用軟件定義測(cè)量系統(tǒng)的工程師將來(lái)實(shí)際上可以通過(guò)采用較快的 CPU 來(lái)提高測(cè)量速度。

盡管儀器測(cè)量速度很重要，但它并不是影響自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)整體測(cè)量時(shí)間的一因素。在很多情況下，測(cè)試代碼的效率也會(huì)對(duì)測(cè)試時(shí)間產(chǎn)生很大的影響。我們已經(jīng)看到許多用戶(hù)使用軟件工具（例如 NI 測(cè)試執(zhí)行器）對(duì) PXI 儀器和傳統(tǒng)臺(tái)式儀器進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。使用這兩種工具時(shí)，堅(jiān)持良好的編程實(shí)踐通常可以大大縮短測(cè)試時(shí)間。

無(wú)論 2009 年無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)如何變化，這三個(gè)重要趨勢(shì)都將繼續(xù)改變射頻儀器領(lǐng)域。隨著無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高、新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)以及縮短測(cè)試時(shí)間的壓力越來(lái)越大，RF 儀器也在不斷變化。因此，今天的射頻矢量信號(hào)發(fā)生器和分析儀不僅比過(guò)去的儀器較加靈活，而且還可以實(shí)現(xiàn)**的測(cè)量速度。由于對(duì)快速靈活的測(cè)量工作的自然需求，我們不禁想象軟件定義的射頻虛擬儀器可能是未來(lái)的潮流。


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  David A. Hall 在本文中，我們將描述無(wú)線(xiàn)世界中的三種趨勢(shì)，它們不僅會(huì)影響射頻測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)，還會(huì)影響工程師使用這些工具的方式。 文本 早上 7 點(diǎn)，您會(huì)在收音機(jī)鬧鐘上的經(jīng)典搖滾音樂(lè)中醒來(lái)。天哪，這是什么歌？數(shù)字文本“Wanted Dead or Alive - John Bon Jovi”在配備 RDS 標(biāo)準(zhǔn)的收音機(jī)屏幕上滾動(dòng)。吃早餐時(shí)，通過(guò) WLAN 收發(fā)器在家查看電子郵件。當(dāng)您準(zhǔn)備