決定無線測試系統未來的三個趨勢

　　概覽

　　本文將說明無線領域的三個趨勢，這三個趨勢不僅影響RF測試儀器的設計，還影響工程師使用這些工具的方式。

　　正文

　　早上7點，你被收音機鬧鐘播放的精典搖滾音樂鬧醒。老天，這是什么歌?配備RDS標準的收音機屏幕上滾動顯示出“Wanted Dead or Alive - John Bon Jovi”數字文本。在你吃早餐時，可以通過WLAN收發器從在家里查看電子郵件。準備出發上班時，你進入車庫，用315MHz FSK發射器打開車門鎖，然后通過43MHz ASK發射器發出另一個信號打開車庫門。從車庫倒車出來時，你可以享受衛星無線電臺給你提供的商業免費娛樂節目。你一邊聽著歌，一邊就可以上班了。稍過一會，你就可以耳戴藍牙收發器，手拿3G手機。接著，需要跟老板核對一下訂單，看起來今天你得外出干活了。很快，你的GPS導航系統就得到一個3D定位，這樣你就準備出發了。GPS接收器的聲音提示告訴你使用收費道路，路上將使用RFID讀卡器向你收取適當的費用。

　　毫無疑問，RF技術無處不在。但是，隨著采用無線技術用戶劇增，涉及這些產品生產工作的工程師們所面臨的挑戰也在隨之增加。事實上，在很多方面，RF測試市場是與無線消費產品市場并行發展的，新測試儀器的特性是由新消費產品決定的。

　　本文將說明無線領域的三個趨勢，這三個趨勢不僅影響RF測試儀器的設計，還影響工程師使用這些工具的方式。這三個趨勢是：

　　• 片上系統(SOC)集成度的提高;
　　• 新的標準需采用更先進的調制技術;
　　• 縮短測試時間的壓力增大。

　　通過了解這三個趨勢，我們就能理解：為什么必須有通用、軟件定義和具有內在靈活性的測試平臺來滿足這些行業需求。二十年前，美國國家儀器公司的人員率先提出“虛擬儀器”的概念，來描述采用可自定義軟件和模塊測量硬件來創建用戶定義測量方案的系統。盡管當時人們對此概念仍有爭議，但現在我們看到：RF和通信行業正在推動這樣的測量方法的發展。

　　趨勢1：片上系統集成度的提高

　　幾年以來，消費者要求產品功能更豐富，這就使在同一設備中集成的無線標準越來越多。無論該設備是手機，抑或是汽車，設備中裝備更多RF收發器的可能性都在增大。

　　五年前，當我看見我的手機除了支持四頻帶GSM外還具備藍牙收發器，我覺得很驚奇。而現在，任何不帶藍牙連接和3G網絡支持功能的手機都會被視為過時。事實上，下一代智能手機很可能將支持更大范圍的標準，包括GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX、WLAN、DVB-H、Bluetooth甚至GPS。當然，集成多個標準也不僅僅局限于蜂窩通訊領域。在汽車領域，現在的信息娛樂系統設計不僅支持傳統的AM/FM收音機，還可以通過GPS提供導航服務，以及通過ATSC或DVB-T廣播視頻提供視頻娛樂節目。

　　SOC集成度提高最明顯的例子出現在無線LAN(WLAN)領域。在該領域，RF前端、WLAN基帶和藍牙基帶都已經集成到單個芯片中。此外，還有很多具備無線連接的“多標準”消費設備。例如，傳統的GPS設備中只有RF接收器作為GPS RF前端，而現在的GPS接收器則可能還會提供藍牙，甚至AM/FM功能。

　　正如所預料到的，消費層多標準集成度的提高也已逐漸使半導體行業的價值鏈變差。為了同時實現低成本和小尺寸，很多芯片廠商現在都提供在同一片芯片上集成多個收發器的SOC架構。

　　在半導體和消費產品兩個層面向更高集成度的轉變對消費者是有利的，而對于工程師，事實證明這對于測試是個巨大的挑戰。在過去，工程師可以針對需要測試的各個標準使用不同的臺式儀器。導航設備可以用GPS仿真器、蜂窩設備可以用無線測試套件，即使WLAN和藍牙測試也可以用專用的WLAN和藍牙測試設備套件。然而，隨著無線設備集成度的提高，原來的方法過于昂貴。因此，無線測試領域也發生了根本性的變化。

　　所以，未來主流趨勢將是提供可以測試大量無線標準的通用RF發生器和分析儀。例如，通過基于LabVIEW的PXI RF測量系統，相同的硬件可用于測試AM、FM、RDS、XM/Sirius、ATSC、DVB、ISDB-T、UHF RFID、GPS、GSM、EDGE、W-CDMA、WiMAX、WLAN和其他標準。當產品設計中加入新標準時，測試多個無線標準的工程師就不再需要每加一個標準就購買一臺新的儀器。此外，許多通用儀器可以過一段時間就進行升級，以實現對新標準或新出現的標準的測試功能。

　　趨勢2：新的標準

　　在上個年代，無線通訊行業經歷了不斷的革新，新的無線手機和網絡設備達到了前所未有的數據速率。但是，這種革新也有代價，它也給現在的測試工程師帶來了巨大的挑戰。下一代通訊設備不僅更為復雜，而且還對測量質量要求更高。

　　無線通訊系統最近的一個主流革新是MIMO-OFDM(多入多出–正交頻分復用)的出現。1949年，Claude Shannon提出了后人稱為“香農定理”的公式，它指出最大信道容量受帶寬和信噪比(SNR)的限制，如公式1所示。

　　容量=帶寬xlog2(1+SNR) 公式1.香農定理

　　近年中，人們對技術做出很大的改進，以求提高無線通訊信道的效率。盡管有很多傳統的信道，如ATSC(廣播視頻)和GSM(蜂窩)就采用單載波調制方案，但使用如OFDM(正交頻分復用)這樣的技術可以達到更高的效率。事實上，DVB-T和IEEE 802.11a/g等一些標準已經使用OFDM來提高信道效率。

　　香農定理可用于說明單天線系統的最大吞吐量，但通過采用多天線系統可以得到更高的吞吐量。事實上，固定和移動應用對數據速率的要求不斷提高，導致新一代采用MIMO-OFDM技術的通訊標準產生。圖1中，我們可以看到新興的標準，如WiMAX/3GPP LTE和IEEE 802.11n。