3rf wcdma基準(zhǔn)比較測(cè)試白皮書

1、通過(guò)與傳統(tǒng)的儀器進(jìn)行比較，了解定義的PXI RF 儀器在速度上的優(yōu)勢(shì)。如WCDMA 測(cè)量結(jié)果所示，基于多核處理器并行執(zhí)行的 LabVIEW 測(cè)量算法與傳統(tǒng)儀器相比可以實(shí)現(xiàn)明顯的速度。目錄1.2.3.4.5.6.7.8.介紹發(fā)布的 6.6GHz RF 測(cè)試AmFax 使用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)更快的WCDMA 測(cè)量 配置 RF 儀器測(cè)量時(shí)間統(tǒng)計(jì)測(cè)量值平均運(yùn)算與重復(fù)性結(jié)論相關(guān)資源介紹你在早晨 7:00 伴著搖滾音樂(lè)聽來(lái)自Guns N Roses 樂(lè)隊(duì)的醒來(lái)，收音機(jī)鬧鐘里的 RDS提示你正在收to the Jungle。然后，在你品嘗咖啡期時(shí)，可以在書房通過(guò)WLAN來(lái)查收郵件。當(dāng)準(zhǔn)備好工作后，你走門

2、，使用一個(gè)315MHz 的 FSK 發(fā)射機(jī)來(lái)打開車鎖。坐到車?yán)?，駛上道路，你又可以享受無(wú)線電收音機(jī)所提供的沒有的。稍后，你會(huì)通過(guò)藍(lán)牙耳機(jī)會(huì)與車內(nèi)的 3G建立連接。幾分鐘內(nèi)，車載的 GPS 導(dǎo)航儀可以修正你當(dāng)前的 3D 位置，并向你指示路徑。GPS的過(guò)路費(fèi)。傳出提示你需要駛?cè)牍罚瑫r(shí) RFID將自動(dòng)收取相應(yīng)RF 技術(shù)無(wú)處不在。即便作為一個(gè)普通的消費(fèi)者，每時(shí)每刻都會(huì)受其影響，更不一個(gè) RF 測(cè)試工程師了。無(wú)線設(shè)備的成本大幅降低，可以讓業(yè)余的時(shí)間變得更輕松，但是在設(shè)計(jì)下一代 RF 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，將會(huì)帶來(lái)的。工程項(xiàng)目所的降低測(cè)試成本的，比以往任何時(shí)候都嚴(yán)峻。因此，當(dāng)前的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)所關(guān)注的焦點(diǎn)在于

3、減少整體的測(cè)試時(shí)間。發(fā)布的 6.6GHz RF 測(cè)試/chinaNational Instruments為了滿足這一需求，NI 開發(fā)了 6.6GHz 高速 RF 測(cè)試。所發(fā)布的新產(chǎn)品包括 NIPXIe-5663 矢量信號(hào)分析儀、NI PXIe-5673 矢量信號(hào)發(fā)生器，可以為自動(dòng)化 RF 測(cè)試提供高速、靈活的解決方案。NI PXIe-5663 能夠以 50 MHz 的瞬時(shí)帶寬分析 10 MHz到 6.6 GHz 信號(hào)。NI PXIe-5673 能夠以 100MHz 的瞬時(shí)帶寬生成 85 MHz 到 6.6 GHz的信號(hào)。圖 1. 基于6.6GHz RF 測(cè)試的 PXI 系統(tǒng)。6.6GHz RF

4、 測(cè)試非常適于自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用。使用高度并行的 NI LabVIEW 測(cè)量算法，PXI 模塊化儀器可實(shí)現(xiàn)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)儀器的測(cè)量速度。若要了解 PXI 模塊化儀器為何能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)儀器更快的測(cè)量速度，從二者的架構(gòu)區(qū)別中即可找到原因。雖然二者使用類似的組件，但是區(qū)別在于 PXI 系統(tǒng)使用高性能的多核處理器(Centralprosingunits,CPU)。圖 2 中展示了兩種類型儀器的系統(tǒng)框圖，即可看出這一區(qū)別。/chinaNational Instruments圖 2. 一個(gè)用戶定義的 CPU 是PXI RF 儀器的組件。雖然 PXI 和傳統(tǒng)儀器有許多共性，但是 PXI 模塊化儀器中用戶自定義的多

5、核 CPU 可以實(shí)現(xiàn)更快的測(cè)量速度。在很多情況下，RF 測(cè)量算法也是按照 LabVIEW 編程語(yǔ)言中所自有的并行方式編寫的。因此，可以通過(guò)將 CPU 升級(jí)至多核，從而實(shí)現(xiàn)總體的測(cè)量速度的。隨著 CPU 時(shí)鐘速率（或者 CPU 內(nèi)核個(gè)數(shù)）按照摩爾定律，當(dāng)前的RF 測(cè)試儀器可以實(shí)現(xiàn)非常快的速度。如你在本文中所見，對(duì)于一些較為處理器密集型的 RF 測(cè)量算法，許多 PXI 矢量信號(hào)分析儀可以比傳統(tǒng)的臺(tái)式矢量信號(hào)分析儀的速度高出 30 倍。為了更進(jìn)一步了解 PXI 儀器的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)一些高通量的無(wú)線測(cè)試應(yīng)用進(jìn)行分析。在這種情況下，測(cè)試時(shí)間在產(chǎn)品的成本(Cost of goods sold, COGS)中

6、占有較大。而且，對(duì)于諸如 3G UMTS (WCDMA)的無(wú)線通信協(xié)議來(lái)說(shuō)，處理器密集型的算法將會(huì)占用較多的處理器資源。針對(duì)這一問(wèn)題，作為 National Instruments 系統(tǒng)商的AmFax 公司提供了高度并行的測(cè)量算法，用于WCDMA 物理層的測(cè)試。NI RF 儀器以及合作伙伴的，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低成本、高速度、而且高精度的測(cè)試。AmFax 使用LabVIEW 實(shí)現(xiàn)更快的 WCDMA 測(cè)量為了展示 PXIe-5663 RF 矢量信號(hào)分析儀的測(cè)量速度和精度，與一款行業(yè)領(lǐng)先的傳統(tǒng)儀器進(jìn)行了一次巔峰對(duì)決（如表 1 所示）。比對(duì)試驗(yàn)所使用的兩個(gè)傳統(tǒng)儀器均為較新的 RF 矢量信號(hào)分析儀(Vecto

7、r signalPXIe-5663 RF 測(cè)試系統(tǒng)要高出許多。yzers, VSA)，并且其價(jià)格比一個(gè)完整的儀器 A 為 Rhode & Schwartz FSG儀器 B 為 Rhode & Schwartz FSQ表 1. PXI 和傳統(tǒng)儀器的比較。為了提供更為切實(shí)的基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)，可以在一系列通信標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量應(yīng)用中，對(duì) PXI 和傳統(tǒng)儀器的測(cè)量時(shí)間進(jìn)行比較。對(duì)于 WCDMA 應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可在一系列參數(shù)測(cè)量中，考核儀器的性能。 物理層測(cè)試通常需要很長(zhǎng)時(shí)間，例如補(bǔ)償累計(jì)分布函數(shù)(Complementary cumulative distribution function, CCDF)，其最終的測(cè)試時(shí)

8、間與處理/chinaNational Instruments儀器 A1儀器 B2PXIe-5663儀器類型傳統(tǒng) RF VSA傳統(tǒng) RF VSAPXI Express RF VSA頻率范圍9 kHz 到 8 GHz1 MHz 到 8 GHz10 MHz 到 6.6 GHz器的速度性能不太相關(guān)。而對(duì)于一些需要解調(diào)運(yùn)算的測(cè)試來(lái)說(shuō)，例如誤差向量幅度(Error vector magnitude, EVM)，則需要大量的數(shù)據(jù)處理工作。最后還進(jìn)行了頻域的測(cè)量，例如相鄰信道泄漏功率比 (Adjacent channel leakageer ratio, ACLR)以及占用帶寬(Occupied bandwi

9、dth, OBW)，這些測(cè)試通常需要離散Fourier transform, DFT)運(yùn)算。變換(Discrete在一個(gè)常見的測(cè)試執(zhí)行架構(gòu)，例如 NI TestStand中，你可以很快地配置一個(gè)自動(dòng)測(cè)試序列。NI TestStand不僅提供一個(gè)內(nèi)置的框架用于進(jìn)行序列化的測(cè)試，還可以對(duì)每個(gè)測(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如圖 3 所示，即為 NI TestStand 在一個(gè)自動(dòng)測(cè)試序列中對(duì)測(cè)試時(shí)間統(tǒng)計(jì)的界面截圖。+ 放大圖 3. NI TestStand 實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品測(cè)試的自動(dòng)化。如圖 3 所示，觀察嵌套的 For 循環(huán)當(dāng)中的 EVM 測(cè)試相關(guān)步驟（“NI 配置 EVM”， “NI 測(cè)量 EVM”）。外

10、層的 For 循環(huán)用于確定對(duì)一個(gè)給定的測(cè)量進(jìn)行平均的次數(shù)，內(nèi)層的 For 循環(huán)用于在同一配置下測(cè)量多次。在同一配置下得到的多個(gè)測(cè)量值，可用于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。/chinaNational Instruments配置 RF 儀器在進(jìn)行儀器基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，需要將每個(gè)儀器都調(diào)整至最快的速度，這一點(diǎn)非常重要。對(duì)于傳統(tǒng)儀器來(lái)說(shuō)，若要達(dá)到最快的速度，需要使用板載的平均函數(shù)而不是對(duì)每一個(gè)測(cè)量值手動(dòng)的進(jìn)行平均運(yùn)算。此外，在測(cè)試運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將前面板的顯示關(guān)閉。最后，選擇高效的儀器控制總線也非常重要。因?yàn)檫@種測(cè)試所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊較小，所選的數(shù)據(jù)總線必須有較小的延遲。因此，選擇經(jīng)由 LAN 的 GPIB

11、總線，以保證延遲最小。事實(shí)上，作為一個(gè)通常的準(zhǔn)則，當(dāng)不使用或者較少使用平均運(yùn)算時(shí)，延遲對(duì)于測(cè)量的影響較為顯著。為了對(duì) RF 矢量信號(hào)分析儀的測(cè)量速度進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，需要使用一個(gè) RF 矢量信號(hào)發(fā)生器為其提供信號(hào)源，進(jìn)行回環(huán)測(cè)試。為了評(píng)價(jià) PXIe-5663 VSA 的性能，可以使用的 PXIe-5667 6.6 GHz RF 矢量信號(hào)發(fā)生器來(lái)生成源信號(hào)。此源信號(hào)符合WCDMA 標(biāo)準(zhǔn)，以 1.95GHz 作為中心頻率。將 RF 輸出的功率設(shè)定為-10 dBm，并將信號(hào)發(fā)生器的輸出端口和分析儀的輸入端口直接連線。圖 4 中展示了硬件的配置。圖 4. 直接連接 VSA 和VSG。雖然使用一個(gè)實(shí)際的儀器

12、作為待測(cè)單元(Device under test, DUT) 比較適用于特性測(cè)試（例如可重復(fù)性測(cè)試），但是回環(huán)測(cè)試的好處是，可以展示儀器的測(cè)量性能。測(cè)量時(shí)間統(tǒng)計(jì)按照上述的各項(xiàng)配置，觀察各項(xiàng)測(cè)量的測(cè)量時(shí)間（以秒為）。 請(qǐng)注意，表 2 中的測(cè)量所使用的平均的次數(shù)是按照設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)所常用的次數(shù)來(lái)確定。在下文中，你可以了解到有關(guān)平均的次數(shù)和測(cè)量重復(fù)性之間關(guān)系。各種測(cè)量應(yīng)用的典型測(cè)量時(shí)間/chinaNational Instruments時(shí)間均以秒為平均次數(shù)儀器 A儀器 BNI PXI-5663w/NI PXIe- 8130NI PXIe- 5663 w/NI PXIe- 8106NI PXI- 5663

13、w/NI 8353表 2. 傳統(tǒng)儀器和 PXI 儀器的WCDMA 測(cè)量時(shí)間。如表 2 所示，無(wú)論使用控制器還是機(jī)架式控制器，PXIe-5663 RF 矢量信號(hào)分析可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)儀器的測(cè)量速度。此外，可以看到處理器的速度對(duì)整個(gè)測(cè)量時(shí)間的影響。其中，NI PXIe-8130PXIe-8106 使用一個(gè) 2.16 GHz控制器使用AMD Turon X2 2.3 GHz CPU，NIel Core 2 Duo CPU，四核控制器 NI 8353 1U 機(jī)架式控制器則使用兩個(gè) 2.4 GHz Core 2 Duo CPU。由于 CPU 的性能直接決定測(cè)量的速度，四核控制器能夠比最快的雙核控制器實(shí)現(xiàn)的測(cè)

14、量速度還要快。圖 5 所示為以百分比的形式，與傳統(tǒng)儀器相比所實(shí)現(xiàn)的整體的測(cè)量時(shí)間的縮減。/chinaNational InstrumentsCCDF1M0.5050.5100.4880.3300.384EVM 測(cè)量時(shí)間203.1423.1300.8220.5770.519ACLR 測(cè)量時(shí)間203.0703.1000.2000.1740.168OBW 測(cè)量時(shí)間204.5544.5400.2170.1880.167總時(shí)間11.27011.2801.7271.2691.070與儀器 A相比實(shí)現(xiàn)的速度提升1 倍1 倍6.56 倍速度8.88 倍速度10.53 倍速度提升+ 放大圖 5. 與傳統(tǒng)儀器相比

15、，NI 8353 1U 控制器可以縮減 83%的測(cè)量時(shí)間。對(duì)于多數(shù)的 WCDMA 物理層測(cè)量來(lái)說(shuō)，測(cè)量值的處理時(shí)間對(duì)整體的測(cè)量時(shí)間影響最大。對(duì)于這些測(cè)量來(lái)說(shuō)，整體的測(cè)量時(shí)間通常與進(jìn)行平均的次數(shù)有關(guān)。但也有一個(gè)例外，就是需要特別大的量的 CCDF 測(cè)量。在這種情況下，處理器的性能對(duì)于整體的測(cè)量時(shí)間影響較小。圖 6 所示即為 CCDF 測(cè)量，可以看到 PXI 測(cè)量系統(tǒng)比傳統(tǒng)儀器略快一些。圖 6. 平均運(yùn)算的次數(shù)對(duì)于 CCDF 測(cè)量時(shí)間影響較小。/chinaNational Instruments為了更加全面準(zhǔn)確地觀察 PXI 儀器所帶來(lái)的性能，所進(jìn)行的這些測(cè)量需要進(jìn)行若干次。下面所示的所有數(shù)據(jù)是在

16、每一種配置下進(jìn)行 10 次測(cè)量后的均值。如圖 6 中所示，若使用基于 PXI 的測(cè)量系統(tǒng)（而不是傳統(tǒng)儀器），CCDF 測(cè)量時(shí)間可以減少 33%。此處，你可以看到 NI 8353 四核機(jī)架式控制器可以達(dá)到最高的測(cè)量速度。對(duì)于處理器密集型的物理層測(cè)量來(lái)說(shuō)，選擇不同的處理器對(duì)總體的測(cè)量時(shí)間影響很大。在圖 7 至 9 中，可以看到傳統(tǒng)儀器和 PXI 儀器在測(cè)量時(shí)間和平均次數(shù)之間的關(guān)系。+放大圖 7. 在處理器密集型的測(cè)量中，PXI 儀器可以體現(xiàn)最大的速度優(yōu)勢(shì)。對(duì)于諸如 EVM 測(cè)量這樣的處理器密集型應(yīng)用來(lái)說(shuō)，選擇不同的處理器對(duì)總體的測(cè)量時(shí)間影響很大。例如，一個(gè) EVM 測(cè)量如果設(shè)定為對(duì)五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行平均值

17、運(yùn)算，若使用PXIe-8130雙核控制器需要 342 毫秒，若使用 NI 8353 四核控制器則所需時(shí)間縮減 33%，只需要 228 毫秒。在相鄰?fù)ǖ佬孤┍嚷?Adjacent channel leakage ratio,ACLR)測(cè)量中也可看到類似的結(jié)果，如圖 8 所示。/chinaNational Instruments+放大圖 8. 在ACLR 測(cè)量中，測(cè)量時(shí)間與平均次數(shù)的關(guān)系。在 ACLR 測(cè)量中，使用 PXI RF 測(cè)量系統(tǒng)可以比傳統(tǒng)儀器快 16 倍。對(duì)于一個(gè) ACLR 測(cè)量（不考慮配置所需時(shí)間）來(lái)說(shuō)，典型的測(cè)試時(shí)間不超過(guò) 8 毫秒，這比常規(guī)的時(shí)域ACLR 測(cè)量時(shí)間還短。圖 9 所示

18、為最后一項(xiàng)測(cè)量結(jié)果，即為占用帶寬的測(cè)量。+放大圖 9. 在占用帶寬的測(cè)量中，使用PXI 儀器可以比傳統(tǒng)儀器0 倍。/chinaNational Instruments在圖 9 中你可以看到，對(duì)于一些測(cè)量來(lái)說(shuō)，在達(dá)到相同的測(cè)量結(jié)果時(shí)，PXI RF 儀器可以比傳統(tǒng)儀器0 倍。此外，在一些需要的平均次數(shù)的測(cè)量中，PXI 儀器在絕對(duì)的測(cè)量時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)更為顯著。測(cè)量值平均運(yùn)算與重復(fù)性雖然平均運(yùn)算對(duì)整體的測(cè)量時(shí)間影響較大，但是仍需要通過(guò)平均運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果。由于測(cè)量值平均運(yùn)算事實(shí)上增大了總體的測(cè)量時(shí)間，所以弄清平均運(yùn)算次數(shù)與重復(fù)性精度之間的關(guān)系非常重要。因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)平均來(lái)降低信號(hào)中的一些噪聲，你

19、可以看到：隨著平均次數(shù)的增加，連續(xù)運(yùn)行的重復(fù)性精度提高。圖 10 中所示， 在不同的平均值次數(shù)的配置下的 EVM 標(biāo)準(zhǔn)差。+ 放大圖 10. 在不同的平均運(yùn)算次數(shù)情況下的 EVM 標(biāo)準(zhǔn)差。如圖 10 所示,所有的 EVM 測(cè)量都是針對(duì)一個(gè)WCDMA 幀內(nèi)進(jìn)行，相當(dāng)于 2600 chip。請(qǐng)觀察測(cè)量重復(fù)性精度與平均次數(shù)的關(guān)系。在圖 10 所示結(jié)果中僅僅使用了 1000 組數(shù)據(jù)，而對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品測(cè)試應(yīng)用來(lái)說(shuō)，通常需要更大的數(shù)據(jù)集。事實(shí)上，許多測(cè)試都是使用多個(gè)儀器，因此需要一個(gè)更精確的模型，以表征測(cè)量重復(fù)性。使用 PXIe-5663 RF 矢量信號(hào)分析儀和 PXIe-5673 矢量信號(hào)發(fā)生器，你可以很容易地實(shí)現(xiàn)優(yōu)于 1%的