概覽

為新無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)制定和部署驗(yàn)證或生產(chǎn)測(cè)試策略是十分困難的。而隨著5G NR等新無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的復(fù)雜性不斷增加，這方面工作的難度進(jìn)一步加大。其中的挑戰(zhàn)包括更寬且更復(fù)雜的波形、測(cè)試點(diǎn)數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，以及使用波束成形和相控陣天線等技術(shù)來(lái)改善有限的鏈路預(yù)算。為了幫助您應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，NI推出了 PXIe-5831 毫米波矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST）來(lái)提供提供優(yōu)質(zhì)、高速的測(cè)量，該儀器采用可擴(kuò)展的架構(gòu)，即使待測(cè)器件（DUT）需求發(fā)生變化時(shí)也可以適應(yīng)這些需求。這款 PXI 矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST）簡(jiǎn)化了復(fù)雜的測(cè)量要求和測(cè)試所需的儀器設(shè)備，從而縮短了開發(fā)新測(cè)試資產(chǎn)所需的時(shí)間。

內(nèi)容

VST架構(gòu)的擴(kuò)展

為設(shè)計(jì)提供高性能特性分析

為生產(chǎn)測(cè)試階段提供高速度和可擴(kuò)展性

VST架構(gòu)的擴(kuò)展

圖1. 包含毫米波擴(kuò)展功能的PXI矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST）的核心框圖

VST的核心是將高帶寬矢量信號(hào)發(fā)生器、矢量信號(hào)分析儀、高速數(shù)字接口和用戶可編程FPGA組合到單個(gè)PXI儀器上。毫米波 VST（PXIe-5831）擴(kuò)展了VST架構(gòu)，采用了多項(xiàng)創(chuàng)新，旨在解決無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和技術(shù)方面日益增加的復(fù)雜性和不確定性。

帶集成開關(guān)功能的毫米波射頻頭

圖2. 帶集成開關(guān)功能的毫米波射頻頭

毫米波與其他頻率的轉(zhuǎn)換通過(guò)射頻頭實(shí)現(xiàn)，射頻頭連接到基于PXI的IF子系統(tǒng)，最高可將PXIe-5831毫米波VST的頻率范圍擴(kuò)展到44 GHz。每個(gè)毫米波VST IF子系統(tǒng)最多可支持兩個(gè)射頻頭，而射頻頭提供三種配置—— 2端口、9端口和16端口，以滿足不同DUT的需求。此外，儀器校準(zhǔn)程序也集成了開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可用于創(chuàng)建額外的端口，而且由于經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，通往測(cè)試端口的整條線路的參數(shù)性能都是準(zhǔn)確的。以下是一個(gè)測(cè)試配置示例，顯示了毫米波射頻頭如何滿足多頻帶TX/TX RF前端模塊的多端口需求：

圖3. 使用毫米波射頻頭滿足測(cè)試配置需求示例

最終頻率轉(zhuǎn)換階段在遠(yuǎn)程前端中執(zhí)行，這進(jìn)一步提高了測(cè)試系統(tǒng)或測(cè)試單元物理配置的靈活性。射頻頭可以放置在更靠近DUT的位置，以避免長(zhǎng)距離高頻電纜布線以及相關(guān)的功率和信號(hào)質(zhì)量損耗。中頻（IF）頻段的損耗明顯比毫米波頻段小得多，因此，通過(guò)先在較低頻率下輸出功率，然后轉(zhuǎn)換頻率，就可以提高重要位置處，即毫米波測(cè)試端口處的功率。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，將+23 dBm儀器使用三米電纜以及毫米波VST等+17 dBm儀器使用一米IF和兩米毫米波電纜進(jìn)行比較：

IF和毫米波測(cè)試端口可滿足多頻帶需求

圖4. IF和毫米波測(cè)試端口可滿足多頻帶需求。

毫米波RFIC擴(kuò)展了當(dāng)前的RF信號(hào)鏈，增加了頻率轉(zhuǎn)換、波束成形和相控陣列輻射三個(gè)步驟。理想的測(cè)試方法需要能夠非常靈活地匹配這些測(cè)試點(diǎn)，以適應(yīng)設(shè)計(jì)和需求的變化，同時(shí)能夠在速度和成本方面進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足批量需求。

為了提供所需的靈活性以適應(yīng)信號(hào)鏈中每個(gè)步驟的不同要求，毫米波VST為IF和毫米波頻率提供了雙向測(cè)試端口。雙向測(cè)試端口使得用戶無(wú)需在儀器之外進(jìn)行額外的信號(hào)調(diào)理和切換，從而進(jìn)一步提高了測(cè)量質(zhì)量，同時(shí)降低了系統(tǒng)的整體復(fù)雜性。

圖5. 毫米波VST為IF和毫米波頻率提供了雙向測(cè)試端口。

毫米波VST包括兩個(gè)IF測(cè)試端口，可以單獨(dú)使用或與毫米波射頻頭配合使用。這些端口提供最高21 GHz的頻率范圍，并為多頻設(shè)備提供直接接口，如上 /下變頻器，或內(nèi)置頻率轉(zhuǎn)換功能的波束形成器IC。這些端口意味著毫米波VST可以直接與多頻段設(shè)備連接，無(wú)需額外的儀器或外部信號(hào)調(diào)理。

為設(shè)計(jì)提供高性能特性分析

1 GHz瞬時(shí)帶寬

無(wú)論是5G和802.11ax等下一代無(wú)線技術(shù)，還是雷達(dá)測(cè)試和頻譜監(jiān)測(cè)等先進(jìn)的航空航天和國(guó)防應(yīng)用，無(wú)不需要越來(lái)越高的峰值數(shù)據(jù)速率，因而亟需更寬的信號(hào)帶寬。利用快速采樣、高線性度數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及寬帶內(nèi)部校準(zhǔn)機(jī)制，毫米波VST可提供1 GHz瞬時(shí)RF帶寬和出色的測(cè)量精度。

圖6. 毫米波VST提供1 GHz瞬時(shí)RF帶寬，具有出色的測(cè)量精度。

由于VST具有高瞬時(shí)帶寬和校準(zhǔn)前端，因而可以高效地部署到要求較高的應(yīng)用中，例如雷達(dá)目標(biāo)仿真、多載波聚合、數(shù)字預(yù)失真（DPD）算法實(shí)現(xiàn)、5G原型設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)頻譜分析。此外，毫米波VST采用專利算法進(jìn)行幅度和相位校正，從而在寬瞬時(shí)帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的絕對(duì)幅度精度以及較低的線性相位偏差。

誤差矢量幅度測(cè)量性能

VST采用先進(jìn)的專利IQ校準(zhǔn)技術(shù)，為寬帶信號(hào)提供同類領(lǐng)先的誤差矢量幅度（EVM）性能。下一代無(wú)線設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵要素就是，由于帶寬增加，EVM性能要求更加嚴(yán)格。由于采用了更高階的調(diào)制方案和寬帶多載波信號(hào)配置，當(dāng)今無(wú)線設(shè)備的RF前端需要更好的線性度和相位噪聲，以提供所需的調(diào)制性能。因此，無(wú)線設(shè)備測(cè)試儀器必須提供更精準(zhǔn)的RF性能。

對(duì)于EVM性能要求較高的應(yīng)用，PXI儀器的模塊化設(shè)計(jì)就可將VST的原有性能提高到另一個(gè)層次。比如PXI的外部本地振蕩器（LO）可以讓基于毫米波VST的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)于 -40 dB的EVM性能。

相位相干同步

模塊化毫米波VST架構(gòu)和PXI平臺(tái)相結(jié)合，為需要相位相干性的多通道測(cè)量提供了同步和擴(kuò)展功能。因而，對(duì)于雙極化天線無(wú)線測(cè)試等應(yīng)用，兩個(gè)毫米波VST之間可提供現(xiàn)成的納秒級(jí)同步：

圖7. 雙極化天線OTA測(cè)試

納秒級(jí)同步功能還可擴(kuò)展到多輸入多輸出（MIMO）測(cè)試系統(tǒng)。802.11ax、LTE Advanced Pro和5G等現(xiàn)代通信標(biāo)準(zhǔn)采用MIMO方案來(lái)應(yīng)對(duì)單個(gè)設(shè)備上的多個(gè)天線，以通過(guò)更多的空間數(shù)據(jù)流提供更高數(shù)據(jù)速率，或通過(guò)波束成形提供更強(qiáng)大的通信能力。但隨之而來(lái)的是，MIMO技術(shù)顯著提高了設(shè)計(jì)和測(cè)試的復(fù)雜性。它不僅增加了設(shè)備上的端口數(shù)量，還引入了多通道同步要求。由于PXI毫米波VST的外形緊湊，一個(gè)18槽的PXI機(jī)箱中最高可同步三個(gè)PXIe-5831 VST。此外，PXI系統(tǒng)還可以使用 MXI 集成來(lái)集成額外的機(jī)箱，從而進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)。

. 一個(gè)18槽PXI機(jī)箱內(nèi)可同步多個(gè)PXIe-5831。

多臺(tái)VST之間的同步可以完全相位相干，就像一臺(tái)儀器一樣。在硬件方面，VST可以導(dǎo)入或?qū)С鯨O，從而使所有模塊共享一個(gè)公共LO。而在軟件方面，NI已申請(qǐng)專利的T-Clock （T-Clk）技術(shù)可以通過(guò)NI T-Clk API輕松同步多個(gè)儀器。

為生產(chǎn)測(cè)試階段提供高速度和可擴(kuò)展性

設(shè)備吞吐量和測(cè)試時(shí)間會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)成功產(chǎn)生直接的影響，特別是對(duì)于生產(chǎn)測(cè)試環(huán)境。毫米波VST的硬件和軟件架構(gòu)不僅提供了同樣的測(cè)量性能，而且進(jìn)一步提高了測(cè)量速度。

基于PXI平臺(tái)集成多種儀器

借助PXI平臺(tái)進(jìn)行多儀器集成

除RF或基帶波形生成和分析以外，大多數(shù)RF測(cè)試應(yīng)用還需要額外的I/O，包括電源或源測(cè)量單元（SMU）、基于pattern的數(shù)字控制設(shè)備或數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）。作為PXI平臺(tái)的一部分，毫米波VST與NI的所有PXI儀器共享相同的基礎(chǔ)資源，從而簡(jiǎn)化了測(cè)試程序的創(chuàng)建、觸發(fā)和同步以及最大限度提高測(cè)量速度。用于同步多臺(tái)VST的T-Clock技術(shù)同樣也適用于同步其他儀器，便于組建一套統(tǒng)一的自動(dòng)化測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)量解決方案。

經(jīng)過(guò)速度優(yōu)化的原生驅(qū)動(dòng)程序，適用于常見測(cè)試開發(fā)語(yǔ)言

毫米波VST通過(guò)RFmx應(yīng)用軟件進(jìn)行配置和控制。 RFmx提供直觀的編程API，既便于使用，也能為通用RF測(cè)量和針對(duì)特定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量提供高級(jí)測(cè)量配置。RFmx軟件具有高度優(yōu)化的API，可執(zhí)行從RF頻譜測(cè)量（包括信道功率、相鄰信道功率和功率譜）到數(shù)字和模擬調(diào)制信號(hào)測(cè)量等任務(wù)。該軟件還可自動(dòng)執(zhí)行基于標(biāo)準(zhǔn)（5G NR、LTE Advanced Pro、Wi-Fi 6、藍(lán)牙等）的測(cè)量程序。

在LabVIEW和 .NET中使用NI RFmx進(jìn)行5G NR測(cè)量

顯示了一個(gè)使用RFmx LabVIEW和 .NET進(jìn)行5G NR兼容通道功率測(cè)量的示例，其中僅包含了幾個(gè)函數(shù)調(diào)用。毫米波VST提供了100多個(gè)使用C語(yǔ)言、.NET語(yǔ)言和LabVIEW語(yǔ)言編寫的儀器自動(dòng)化程序范例，可幫助用戶快速開始進(jìn)行開發(fā)。NI-RFmx API包含的高級(jí)參數(shù)可智能優(yōu)化儀器設(shè)置，只需最少量的軟件調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)質(zhì)的測(cè)量。此外，NI-RFmx具有的多個(gè)功能可大大簡(jiǎn)化多測(cè)量并行和多DUT測(cè)量的軟件復(fù)雜性。最新的處理器技術(shù)和易于編程的多線程測(cè)量提供了業(yè)界領(lǐng)先的測(cè)量速度，大幅縮短了測(cè)試時(shí)間。

VST將高帶寬矢量信號(hào)發(fā)生器、矢量信號(hào)分析儀、高速數(shù)字接口和用戶可編程FPGA組合到單個(gè)PXI儀器內(nèi)。

毫米波VST （PXIe-5831） 擴(kuò)展了VST架構(gòu)，采用多項(xiàng)創(chuàng)新，旨在解決無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和技術(shù)方面日益增加的復(fù)雜性和不確定性。
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