LTE与802.11ac集成测试解决方案

LTE与802.11ac集成测试解决方案

        过去传统的量测仪器并未随著摩尔定律而进化，要支持最新的产业规范／通讯协定，往往仅能重买一部量测仪器，而新旧量测仪器的叠层架构，造成空间的闲置以及讯号传递的延迟；仪器领导厂商提出量测模块集成平台概念，可依需求随时增添支持新兴技术／产业协定的量测适配卡模块，建置一个可弹性化配置、低延迟性讯号互连的优质量测仪器平台…


       为500大制造业提供最适合的量测方案

        美商国家仪器(National Instruments；NI)台湾分公司应用工程师潘建安，先介绍 NI 成立35年来，长期为业界提供量测仪器与工业嵌入式应用的图形化系统设计解决方案。NI在全球40个国家雇用6,600位员工，超过60%比例为研发人员，每年为旗下35,000家客户，包含 Fortune 500前500大制造业中，象是NASA、Intel、AMD、Microsoft，从壳牌石油(SHELL)、汽车开发制造商到手机厂商如Nokia等，选择最适合的量测方案。

        他指出摩尔定律并没有发生在量测仪器上， 40几年来量测仪器都长得像一个箱子，里面塞入仪器商所设计的各种量测功能，当客户需要新功能，就需要买一个新的量测仪器。每一台仪器有自己的处理器，用户无法自行替换升级；当愈来愈多不同功能的量测模块加入，虽然可以透过RS-232、GPIB、USB2.0、Fast/Giga Ethernet等相互串连，但随著仪器数量愈来愈多，愈叠愈高，仪器之间沟通的协定造成的延迟也就越显著。

       NI的PXI集成量测系统概念，取材自如PC一样，需要示波功能就插入一张示波卡模块，需要无线射频就加装一个RF模块在整个仪器里面；以将各种不同通讯量测模块集成在一个机箱上，藉由非常高速的PCI Express汇流排来相互连接，以每秒Gigabytes速度传输资料且资料延迟性也小，量测效能也得以倍增。


       多样化的量测扩充模块 可客制化、弹性化配置

       NI所提供的PXI量测模块，如针对无线射频量测所需的RF讯号分析模块(RFSA)、RF讯号产生模块(RFSG)、以及矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer；VNA)模块、数码电表模块(Digital-Meters)、示波仪模块(Oscilloscope)、手机量测所需的任意波形产生器(Arbitrary Waveform Generator；AWG)、来源讯号量测单元(Source Measurement Unit)、类似传统数码逻辑分析仪的高速数码I/O量测模块(High-Speed Digital I/O)，及可串接的继电／切换开关模块(Switch/Relay)等，提供多样化的量测模块的选择。

        每个量测模块彼此能以PCI Express v2.0 x1/x4，也就是最高达2GB/s的互连带宽相互连接。PXI迥异于一般量测仪器内建的小屏幕，藉由模块化共享同一组图形／显示系统，外接到大尺寸液晶屏幕下，对于各种量测讯号、波形、眼图、特征的显示效果，更是大有看头。

       过去对于新兴技术／接口协定的量测需求，仪器厂商往往建议您买一部新的仪器，意指旧的仪器只能换掉或做为旧接口讯号量测的备品。对PXI量测仪器而言，仅需要添购、换装能支持新兴接口／讯号技术量测模块即可。PXI 连处理器也采模块化设计，从1997年第一部PXI-8156推出，其CPU仅0.3GFLOPS，到2012年PXIe-8135的推出，采用Intel 酷睿 i7处理器模块，具备72GFLOPS的运算效能，使PXI系列仪器伴随著摩尔定律的进展，15年内量测讯号／运算效能整整提升达240倍，量测速度跟著变快，时间也跟著缩短。

       在此同时，潘建安列举几个产业界使用PXI平台进行的评论。像ST Ericsson的Sylvain Bertrand表示，他们也使用PXI RF无线射频量测系统，比传统RF量测仪器提升了10倍的量测速度，同时成本仅需先前价位的1/3。德仪(TI) Sambit Panigraphi也表示，开发功率放大芯片(PA)时，藉由NI的量测仪器与LabVIEW软件的使用，比传统量测仪器的使用更能够缩短量测时间。摩托罗拉Jim Morrison表示，他们将PXI仪器集成量测能力纳入自动化测试群，同时开发单一模块测试软件，一年节省研发与维护成本达47万5,000美元。而据TriQuint半导体所提供在GSM、EDGE与WCDMA量测时间上，使用PXI仪器比传统仪器快了6、14、9倍。


      NI的无线射频RF量测解决方案

       NI在PXI硬件平台下规划了LabVIEW图形化软件，可以提供频谱与各种讯号的量测，用户若对新的接口技术有深入了解，可以利用Toolkit软件去自行定义、客制化量测机制。NI提供经过业界认证的无线量测ToolKit，像WLAN 802.11a/b/g/n到最新802.11ac，移动通信部份支持GSM/EDGE+、WiMAX、WCDMA&HSPA+以及最新的LTE(FDD/TDD)量测协定，同时对Bluetooth 4.0 + EDR、GPS卫星导航、AM/FM/RDS无线广播接收量测等协定也都支持。

       过去要对多种协定(Multi-Protocol)装置做量测，得要搬出各种接口协定的量测仪器，如今透过PXI仅需一台测试仪器即可。同时业界在量测仪器选购上，着重量测的精准度(EVM)与其价位的效益比。NI系列的测试仪器从5661/5672、5663/5673到今年5655R，提供了6万美元以下、EVM -40 ~ -48dBM高C/P值的选择。

       WLAN讯号分析上，需要量测像频率偏移(Frequency Offset)、载波泄漏(Carrier Leakage)、频谱平整度(Spectral Flatness)与频谱屏蔽边界(Spectrum Mask Margin)；功耗部份如尖峰与平均功耗(Peak & Average)，对802.11b则多量测Ramp-Up/Ramp-Down Time。其它量测重点象是支持802.11a/b/g/n/ac，即便要量测到4x4 MIMO组态时，也可以多透过扩充VSA与VSG模块来做4x4讯号产生与分析。NI量测仪器提供较传统量测仪器至少快上3~10倍，同时可以做到EVM精准度-48dB的水平。同时也提供了LabVIEW软件前端接口与应用程序接口(C-style API)，开放业者以C语言方式撰写自动化量测／控制的应用程序。

        NI提供4G LTE量测套件，支持3GPP release 9规范并支持TestStand自动平行排程与LabVIEW图形式开发，具备可互动的软件定义前端面板，同时提供C/C++/.NET的API程序接口。它支持3GPP TS 36.521-1用户终端一致性测试规范(UE Conformance测试)，提供传输功耗、CCDF功耗、讯号调变质量量测、频谱平整度／发射功率，以及相邻通道功耗的量测。

       以NI的PXI平台量测讯号EVM峰值，以1.4MHz频谱量测下，RMS EVM达-53.14dBM，量测时间约160毫秒(0.16秒)，频谱拉大到20MHz时，RMS EVM为-49.91dB，量测时间拉长到1239ms(1.239秒)，他们内部测试过换处理器模块的CPU同时加大RAM到8GB，初测量测时间缩减到100多毫秒，代表PXI仪器可随著摩尔定律不断的升级，因应未来新兴接口／协定的量测速度上的需求。

        过去大家会使用讯号产生器(Vector Signal Generator；VSG)搭配讯号分析器(Vector Signal Analyzer；VSA)，或者是VSA+VSG二合一的无线测试套件，即便如此整个验证套件体积仍然相当庞大。NI在今年2012年发表世界上最小的RF矢量讯号收发模块(Vector Signal Transceiver) PXIe-5644R，支持65MHz~6GHz频率范围、80MHz瞬时带宽、具备24个高速数码I/O与仅占3个PXI Express扩充槽的宽度，具备可程序化FPGA，支持802.11ac、LTE以及MIMO多天线收发测试功能。

       PXIe-5644R创造EVM -47.67dB量测精准度，以及小于60W的超低运行功耗。在VSG搭配VSA串接做功率放大与讯号反馈的Power Servoing / leveling量测上，过去需要160ms来达成讯号收敛；PXIe-5644R可以将算法则烧录进入FPGA，以硬件加速等级做VSG与VSA的串接与讯号反馈，量测时间缩短到1ms就可达成收敛。

      高通(Qualcomm)旗下的Atheros，在2007年首度采用NI PXI RF量测仪器做802.11n验证时，量测速度比传统RF仪器快了10倍；2012年添购PXIe-5644R模块加装之后，量测效能提升到较传统RF仪器快了200倍。