决定无线测试系统未来的三大趋势

时间：2022-03-03作者：深圳市清宝科技有限公司浏览：27

David A. Hall 在本文中，我们将描述无线世界中的三种趋势，它们不仅会影响射频测试仪器的设计，还会影响工程师使用这些工具的方式。

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早上 7 点，您会在收音机闹钟上的经典摇滚音乐中醒来。天哪，这是什么歌？数字文本“Wanted Dead or Alive - John Bon Jovi”在配备 RDS 标准的收音机屏幕上滚动。吃早餐时，通过 WLAN 收发器在家查看电子邮件。当您准备出发去工作时，您进入车库，使用 315MHz FSK 发射器解锁门，然后使用来自 43MHz ASK 发射器的另一个信号打开车库门。离开车库时，您可以通过卫星广播享受免费的商业娱乐节目。你可以一边听音乐一边上班。过一会，你就可以在耳边戴上蓝牙收发器，手里拿着一部3G手机。接下来需要跟老板核对订单，看来今天要出去工作了。立刻，您的 GPS 导航系统得到 3D 修复，您就可以出发了。GPS 接收器的声音提示会告诉您使用收费公路，并且将使用 RFID 阅读器在途中向您收取适当的费用。

毫无疑问，射频技术无处不在。然而，随着采用无线技术的用户数量增加，参与这些产品生产的工程师面临的挑战也随之增加。事实上，在许多方面，射频测试市场与无线消费产品市场同步发展，新的测试仪器的特性是由新的消费产品决定的。

本文将说明无线领域的三种趋势，这些趋势不仅影响射频测试仪器的设计，还影响工程师使用这些工具的方式。这三个趋势是：

? 改进片上系统 (SOC) 集成；

? 新标准需要更先进的调制技术；

• 增加压力以缩短测试时间。

通过了解这三个趋势，我们可以理解为什么需要一个通用的、软件定义的、内在灵活的测试平台来满足这些行业需求。20 年前，美国国家仪器 ( ) 的人们率先提出了“虚拟仪器”的概念，描述了一种使用可定制软件和模块化测量硬件来创建用户定义的测量场景的系统。尽管当时这个概念仍在争论中，但现在我们看到：射频和通信行业正在推动此类测量的发展。

趋势 1：提高 SoC 的集成度

多年来，消费者需要更多功能丰富的产品，这导致越来越多的无线标准被集成到同一设备中。无论设备是手机还是汽车，在设备中拥有更多射频收发器的可能性都在增加。

五年前，当我看到我的手机除了支持四频 GSM 之外，还有蓝牙收发器时，我感到很惊讶。现在，任何没有蓝牙连接和 3G 支持的手机都被认为是过时的。事实上，下一代智能手机可能会支持更广泛的标准，包括 GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX、WLAN、DVB-H，甚至 GPS。当然，整合多种标准并不局限于蜂窝通信。在汽车领域，当今的信息娱乐系统设计不仅支持传统的 AM/FM 收音机，还通过 GPS 提供导航服务，通过 ATSC 或 DVB-T 广播视频提供视频娱乐。

增加 SOC 集成的明显例子是在无线 LAN (WLAN) 领域。在这一领域，射频前端、WLAN 基带和蓝牙基带均已集成到单个芯片中。此外，还有许多具有无线连接功能的“多标准”消费设备。例如，传统的 GPS 设备只有射频接收器作为 GPS 射频前端，而今天的 GPS 接收器也可能提供蓝牙甚至 AM/FM 功能。

正如预期的那样，消费层多标准集成的增加也逐渐恶化了半导体产业的价值链。为了实现低成本和小尺寸，许多芯片制造商现在提供在同一芯片上集成多个收发器的 SOC 架构。

半导体和消费产品级别向更高集成度的转变使消费者受益，而对于工程师来说，这已被证明是测试的巨大挑战。过去，工程师可以针对他们需要测试的每个标准使用不同的台式仪器。导航设备可以使用 GPS 仿真器，蜂窝设备可以使用无线测试套件，甚至 WLAN 和蓝牙测试也可以使用**的 WLAN 和蓝牙测试设备套件。然而，随着无线设备集成度的提高，原来的方法过于昂贵。因此，无线测试领域也发生了根本性的变化。

因此，未来的主要趋势将是提供可以测试大量无线标准的通用射频发生器和分析仪。例如，使用基于 PXI 的射频测量系统，相同的硬件可用于测试 AM、FM、RDS、XM/Sirius、ATSC、DVB、ISDB-T、UHF RFID、GPS、GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX 、WLAN等标准。当新标准添加到产品设计中时，测试多个无线标准的工程师不再需要为每个添加的标准购买新仪器。此外，许多通用仪器可以随着时间的推移进行升级，以实现新标准或新兴标准的测试功能。

趋势二：新标准

在过去的十年中，无线通信行业经历了不断的创新，新的无线手机和网络设备达到了**的数据速率。然而，这种创新也是有代价的，它也给当今的测试工程师带来了巨大的挑战。下一代通信设备不仅更加复杂，而且对测量质量的要求也更高。

无线通信系统中近的一项主流创新是 MIMO-OFDM（多输入多输出 - 正交频分复用）的出现。1949 年，克劳德提出了一个后来被称为“香农定理”的公式，该公式指出大信道容量受带宽和信噪比 (SNR) 的限制，如公式 1 所示。

容量 = 带宽 xlog2 (1 SNR) 公式 1.香农定理

近年来，为了提高无线通信信道的效率，已经对技术进行了很大改进。虽然 ATSC（广播视频）和 GSM（蜂窝）等许多传统信道采用单载波调制方案，但使用 OFDM（正交频分复用）等技术可以实现更高的效率。事实上，DVB-T 和 IEEE 802.11a/g 等一些标准已经使用 OFDM 来提高信道效率。

香农定理可以用来描述单天线系统的大吞吐量，但采用多天线系统可以获得更高的吞吐量。事实上，固定和移动应用对数据速率的要求不断提高，从而催生了使用 MIMO-OFDM 技术的新一代通信标准。在图 1 中，我们可以看到 WiMAX/3GPP LTE 和 IEEE 802.11n 等新兴标准。

决定无线测试系统未来的三大趋势

随着固定和移动应用用户对数据速率的要求越来越高，很可能在未来一两年内，我们将看到 WiMAX 和 IEEE 802.11n 等下一代通信标准的广泛采用。

对于测试下一代通信设备的工程师来说，采用 MIMO-OFDM 标准对测试设备提出了几个关键要求。首先，在OFDM信号测试中，对RF测试会有一些非常严格的要求。不仅如此，许多信号通常具有更高的带宽，而且这些信号具有更高的峰均比（OFDM 的一个特性），需要具有更大动态范围的仪器。其次，MIMO系统的开发需要工程师使用同步射频发生器和分析仪来测试设备。后，随着新标准的推出速度如此之快，工程师们需要的仪器不仅可以测试当前的无线标准，还可以升级以测试未来的标准。

趋势三：缩短测试时间的压力加大

2009年，随着许多无线产品市场的萎缩，我们将看到持续降低测试成本的压力。事实上，由于同时需要降低生产测试成本和缩短 RFIC 上市时间，缩短测试时间变得更加重要。

用户需求表明需要以明显的方式减少测试时间。无论产品是 WLAN 设备、蜂窝手机还是 TPMS（胎压监测）收发器，工程师们都在不断寻找新的方法来缩短整体测试时间。在许多方面，缩短测试时间对于材料成本低的产品来说是一种自然的必要性。随着材料成本的降低芯片测试，生产测试时间实际上成为产品 COGS（商品和服务成本）的主要因素之一。在射频测试领域，测量技术的两个变化也指向许多制造商需要减少测试时间。

首先，我们发现射频矢量信号发生器和分析仪正在系统地转向基于 VCO（压控振荡器）的合成器，而不是传统的 YIG 组件。虽然基于 YIG 的合成器始终具有更好的相位噪声特性，但基于 VCO 的合成器具有更快的调谐速度。由于基于 VCO 的产品（例如 NI PXIe-5663 射频矢量信号分析仪和 NI PXIe-5673 射频矢量信号发生器）的调谐速度比基于 YIG 的同类产品更快，因此可以更快地进行多频段射频测量。

需要更短测量时间的*二个标志是“快速测量模式”选项，现在越来越多的射频矢量信号分析仪添加了该选项。例如，许多用于蜂窝设备的分析仪提供“快速 ACP”模式，在这种模式下，相邻信道功率 (ACP) 等测量是在时域而非频域中进行的。尽管用户通常会牺牲动态频率，但此选项允许工程师在速度和精度之间进行选择。

强调减少测量时间意味着工程师必须找到更有效的方法来测试无线设备。在某些情况下，这意味着采用并行测试方法来提高仪器利用率。在其他情况下，这意味着射频分析仪必须以**的速度进行测量。幸运的是，软件定义的 PXI 仪器的优势之一是 PXI 控制器的高测试速度。如图2所示，PXI射频矢量信号分析仪（NI PXIe-5663）在50MHz频率范围内的测量时间取决于系统使用的CPU。因此，使用更快的CPU是可行的。以减少测量时间。例如，对于 100kHz RBW，只需将 AMD Turon CPU 升级到新的 Intel Core 2 Duo 即可将 50MHz 频率范围频谱测量时间从 3.3ms 减少到 2. 1 毫秒。因此芯片测试，使用软件定义测量系统的工程师将来实际上可以通过采用更快的 CPU 来提高测量速度。

尽管仪器测量速度很重要，但它并不是影响自动化测试系统整体测量时间的一因素。在很多情况下，测试代码的效率也会对测试时间产生很大的影响。我们已经看到许多用户使用软件工具（例如 NI 测试执行器）对 PXI 仪器和传统台式仪器进行自动化测试。使用这两种工具时，坚持良好的编程实践通常可以大大缩短测试时间。

无论 2009 年无线市场如何变化，这三个重要趋势都将继续改变射频仪器领域。随着无线产品的集成度越来越高、新标准的出现以及缩短测试时间的压力越来越大，RF 仪器也在不断变化。因此，今天的射频矢量信号发生器和分析仪不仅比过去的仪器更加灵活，而且还可以实现**的测量速度。由于对快速灵活的测量工作的自然需求，我们不禁想象软件定义的射频虚拟仪器可能是未来的潮流。


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  David A. Hall 在本文中，我们将描述无线世界中的三种趋势，它们不仅会影响射频测试仪器的设计，还会影响工程师使用这些工具的方式。 文本 早上 7 点，您会在收音机闹钟上的经典摇滚音乐中醒来。天哪，这是什么歌？数字文本“Wanted Dead or Alive - John Bon Jovi”在配备 RDS 标准的收音机屏幕上滚动。吃早餐时，通过 WLAN 收发器在家查看电子邮件。当您准备