無線設備演進快 測試機箱望塵莫及
現今工程師必須跳脫RF測試需求的機箱框架，但是跳脫機箱的框架以前，必須先知道一般的RF機箱內部構造與內容物。在每個大小約38,000立方公分的金屬板塑膠盒中，有著各供應商提供的零件，通常有電源供應器、處理器、電腦主機板或背板、嵌入式作業系統、量測程式庫與軟體顯示器等。機箱的傳統用處就是配置這些零件，以滿足某個特定的量測需求。
當RF設備僅需一般的測試需求時，此方法當然可行。然而近年來無線設備的特性不斷演進，因此用機箱進行自動化RF測試的效率大不如前。無線設備的產能也超過了傳統RF測試機箱的測試效率，因為機箱內部使用的處理器與資料匯流排的速度早已不堪使用。但若能了解傳統RF儀器的組成，並知道其固定量測功能與未達最佳標準的輸入/輸出(I/O)處理時的挑戰，就能協助工程師針對自動化RF量測需求，思考如何跳脫機箱的框架。
具備高效能射頻測試 軟體定義儀器脫穎而出
包含RF在內的各種自動化量測系統，正快速地自機箱測試轉移到軟體定義儀控作業。至2009年底止，估計已出現十萬組PXI架構的系統，包含超過六十萬個軟體定義的儀器模組。此開放式且由使用者定義的軟體，還有模組化的電腦架構硬體，均適用自動化RF測試應用，且提供最佳效能的處理器與資料匯流排、周邊輸入/輸出的彈性、精巧的模組設計、智慧型電力分配與監控及準確的同步化時脈與系統。
換句話說，自動化RF測試的軟體定義方式，使用了與傳統RF機箱類似的零件，卻用在模組化且使用者定義的架構中，此方法提供了最佳效能的元件、可由使用者進行程式設計的輸入/輸出與分析、精巧的機箱體積可於最嚴苛的RF測試環境中達到極高且穩定的效能。一旦工程師跳脫機箱框架，即可獲得更快、更有彈性且同樣準確的RF測試解決方案。若與在系統中堆疊傳統RF機箱相較，更可降低相關成本。
為了進一步了解RF軟體定義儀器的優點，下列範例則說明該方法的速度、彈性與準確度，以大幅改善現況並滿足現今的RF測試需求。
掌握速度優勢 PXI降低量測時間
軟體定義的PXI量測系統主要優勢之一，即是擁有比傳統RF儀器更短的量測時間。當測試多重無線標準時，此優勢就更為明顯。若僅測試無線區域網路(WLAN)的單一標準時，速度亦有大幅提升。
以WLAN量測作業中的錯誤向量幅度(EVM)與頻譜遮罩等作業為例，均須處理大量訊號。若於PXI控制器中使用多核心中央處理器(CPU)，並搭配美商國家儀器(NI)PXIe-5663 6.6GHz RF向量訊號分析儀等軟體定義的RF儀器，就能以五至十倍的速度進行量測。此外，因為測試程式庫是針對多核心所設計，因此若針對LabVIEW使用NI WLAN工具組，因此只要市面上出現更高速的PXI多核心控制器，工程師就可自動升級量測效能。
圖1針對不同的RF訊號分析儀，比較54Mbit/s資料傳輸率之下的EVM作業與功率量測作業，其使用WLAN的量測時間長短。NI LabVIEW軟體的PXI WLAN量測系統中，其高效能多核心處理器在執行大部分的IEEE 802.11a/b/g量測時，會比傳統的向量訊號分析儀與專業WLAN機箱快上約五至十倍的速度。
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| 圖1 比較各家儀器的EVM量測時間 |
無線標準繁雜 軟體定義儀器一把罩
軟體定義儀器的第二個優點，即是使用相同的RF硬體能測試多重無線標準。現今的無線設備必須滿足越來越多的標準。以目前的智慧型手機為例，通常至少支援六種無線標準，如全球行動通訊系統(GSM)、GSM增強數據率演進(EDGE)、寬頻分碼多重存取(WCDMA)、藍牙(Bluetooth)、全球衛星定位系統(GPS)，甚至是WLAN。除此之外，有些新款的廣播無線電接收器甚至可支援十種以上的無線標準，包含調幅(AM)/調頻(FM)、無線數據系統(RDS)/無線廣播數據系統(RDBS)、Sirius、XM、DAB、IBOC、GPS、RDS-TMC與DARC等。因此無線測試儀器必須具有足夠的彈性，才能應付日後出現的新無線標準。
有了軟體定義儀器之後，工程師便能在LabVIEW軟體當中製造廣播無線電訊號，之後再下載至PXI RF向量訊號產生器的記憶體中，即可以立刻進行廣播測試的作業。舉例來說，NI聯盟夥伴Averna的工程師，即提供了PXI架構的通用無線電測試器(URT)，以相同的RF儀控功能即可測試多重無線電標準。圖2為典型的Averna URT系統。
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| 圖2 單一Averna URT即可廣播產生作業結果與RF紀錄。 |
除了產生無線電廣播標準之外，Averna URT還會執行RF的記錄與播放。該技術利用PXI資料匯流排的高資料傳輸率，與LabVIEW軟體的高效能資料儲存/處理功能。藉由記錄RF訊號並在實驗室中播放，工程師就能確認FM、地面波數位視訊廣播(DVB-T)或GPS等接收器在最後部署環境中的操作狀況。
LTE/WiMAX射頻測試要求嚴苛
軟體定義的RF儀控的最後一項優點，即是能以較低成本進行高精確度的量測。在第三代合作夥伴計畫(3GPP)的長程演進計畫(LTE)與全球微波存取互通介面(WiMAX)等新的無線標準出現後，許多無線設備必須符合更嚴格的RF效能要求。
以802.11a/g傳輸器的最低EVM要求為例，其標準是應以54Mbit/s、64正交振幅調變(QAM)訊號類型達到-25分貝。3GPP LTE與WiMAX等較新的標準，對RF效能規定都更嚴格。以類似64QAM訊號類型的802.16-2004(Fixed WiMAX)設備為例，其對最低EVM要求便達-31分貝，相較於過往對RF效能的要求來說，是更加嚴格的量測標準。
現今軟體定義的儀控，可協助工程師以更低成本達到世界級的RF量測效能。2007年，Fixed WiMAX的EVM量測要能達到-45分貝；而WCDMA鄰近通道洩漏比(ACLR)量測要能達到65dBc。不論向誰購買此類RF向量訊號產生器與分析器，均須要價10萬美元以上。然現在僅需NI PXIe-5663 6.6GHz RF向量訊號分析儀，與NI PXIe-5673 RF向量訊號產生器等新款PXI儀器，即可達到上述的精確度。此兩套儀器在瞬間頻寬上(前者是50MHz，後者是100MHz)，均使用最新16位元類比數位轉換器(ADC)與數位類比轉換器(DAC)，還有低相位雜訊合成器(以1GHz達到-110dBc/Hz)，能使用低成本進行精確量測。
針對3.5GHz的Fixed WiMAX訊號，以NI PXIe-5663與PXIe-5673的EVM殘餘(Residual)效能為例。若為Fixed WiMAX使用新的NI量測套餐(Measurement Suite)，工程師則可得到16QAM訊號的星座標繪圖，其EVM值為-46分貝(0.5%)，比Fixed WiMAX設備的最低效能要求還高出15分貝(圖3)。
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| 圖3 其他測試供應商的昂貴RF儀器相較，16-QAM EVM量測的WiMAX星座標繪圖更具競爭力。 |
隨著逐漸提升的量測速度、彈性與精確度，工程師必須跳脫機箱的框架，持續尋找RF測試的創新解決方案。幸好，軟體定義的模組化儀器所提供的新工具，正好因應越來越多無線標準的測試。
