增強符號識別的通信測試設備

從事無線系統開發的設計工程師面臨到一個不斷變化的問題：在 3G/4G 蜂窩、WiMax、Wi-Fi 和超寬帶（ultrawideband ，UWB）應用中，有著一種朝新的、更復雜標準發展的恒定過程。開發工作要與標準發展過程同步進行，特別是在芯片級。測試設備公司仍在尋找一些方法，提供可以讓開發持續下去的產品。越來越多的測試工具在 PHY（物理）層和較高層網絡棧中就包含了特定標準的（standards-specific）能力。看看一些樣品工具及使用情景可能有助于您的下一個設計項目，無論您的工作是采用某種無線標準，還是一個工業/科學/醫療頻段（industrial/scientific/medical，ISM）中的定制計劃，或是采用有線連接的。

從測試設備廠商的角度來看，挑戰集中在對市場的預期上。Agilent 公司 WiMax 項目經理 Jennifer Stark 指出了三個不變的趨勢。她說：“技術正朝向更高頻率、更高帶寬和更復雜的調制方法發展。”

顯然地，更復雜調制方法帶來更加棘手的測試，因為最有效的測試設備包括了實時處理調制方法的能力。基帶（baseband） IC 方面現在可提供的數字處理能力越來越多，使得調制方法的進步成為可能。但在基帶IC 中實現的東西并無法為測試設備公司帶來任何慰藉。隨著標準朝目標的發展，測試供貨商要用 DSP、FPGA 與軟件的一種組合，來對某一通信鏈接的傳輸和接收端進行基礎性的模型建立。事實上，多數測試公司認為他們的每種儀器差不多都必須過度設計（overdesign），這樣才能為新興標準留下一點空間。

Rohde Schwarz 產品營銷經理 Justin Panzer 表示：“在一個設計環境中，工程師嘗試用測試設備來模擬一個真實世界的環境。”但問題又來了，如何模擬一個處于不斷變化中的技術？Panzer 指出，一個標準一般都是建立在其它標準之上。他以新興的長期演進仿真（long-term-emulation，LTE）標準作為一個例子。第三代合作伙伴項目（Third Generation Partnership Project，3GPP）正在開發 LTE，使之成為全球行動通訊系統（global-system-for-mobile，GSM）系列蜂窩通信標準中的 3.5G 或 4G 之后繼技術。Panzer 表示：“你會看到（LTE）與 WiMax 有大量的相似之處”。顯然地，LTE 采用了 WiMax 所使用的正交分頻多任務（orthogonal-frequency-division-multiplexing，OFDM）和OFDM-接入（OFDM-access）調制的方法，但頻段與通道不同。大多數觀察家認為， LTE 部署至少還要兩年，但芯片設計已經上路（參考文獻 1）。

軍用的方法

Agilent 公司的 Stark 說：“在商用世界中嘗試的大多數事情都已在軍事領域試過。”她表示，軍用的區域多點分散服務（local-multipoint-distribution-service，LMDS）和多通道多點分散服務（multichannel-multipoint-distribution-service ，MMDS）系統就是固定 WiMax的前身。但 Stark 補充表示：“Mobile WiMax是一種以固定 WiMax為基礎的龐然巨物。”Mobile WiMax 要求各基地臺可以交換客戶行動時的呼叫（call）。但一個Mobile WiMax 系統不能采用固網客戶開發時的那些通道假設。

所有測試公司都會在某種程度上參與標準團體，這樣就可享有決策方向形成的某種透明度，甚至對其發揮影響力。Azimuth Systems的高級營銷總監 Graham Celine 說：“有時你可能會看到一些標準化團體要經過兩年、三年甚至四年才能推出來。”他還指出分裂性的（disruptive）標準也會出現。例如針對 700 MHz 頻譜的標準，聯邦通信委員會（FCC）于 2 月在美國舉辦拍賣。電視廣播商即將騰出此一頻段。最高投標者可能會在未來幾年內影響美國寬帶發展史的進程。Celine 表示：“贏家沒確定前，沒有人知道。”WiMax 的情況可以作為測試公司影響標準的一個例子。Tektronix 通信業務部高級營銷經理 Antonio Policek 表示，Tektronix 影響了基地臺設計中的一個測量埠（metering port）的內容。該公司在基帶級（baseband stage）的輸出上實現了測量埠，讓一臺協議分析儀來從事數據的收集，而不需要在儀器中加裝RF 接收機。測試公司似乎主要是在尋求確保標準是可測試的。Celine 表示：“Azimuth 希望確保測試模型是有意義的，并可以在儀器中以合理的價格實現。”

無線系統的模型建立

讓人驚訝的是，在一座開發實驗室中，用現代測試設備建立一個無線通信系統模型竟是如此的簡單。例如，National Instruments 提供一系列采用用于儀器之周邊部件互聯擴充PXI（peripheral-component-interconnect-extensions-for-instrumentation，PXI）和PCI Express 儀器擴充（PCI Express-extensions-for-instrumentation ，PXIe）外形尺寸的 RF 信號產生器和分析儀產品，它們基本上是 PCI 和 PCIe（PCI Express）的加強版（ruggedized version）。你幾乎可以在任何一臺裝有這些硬件模塊的 PC 上，用該公司運行在 LabView 繪圖開發環境上的 Modulation Toolkit 軟件，就可以對一個蜂窩系統進行完整的模型建立。圖 1 表示了一個 16-QAM（quadrature-amplitude-modulation，正交振幅調幅法）系統的符號星座圖（symbol constellation）和 3D 眼圖。

很多案例可以用來說明 National Instruments 工具的使用。例如，參考文獻 2 中描述了一個德州大學與 Drexel 大學的聯合發展計劃，主要是為多輸入/多輸出（multiple-input/multiple-output，MIMO）系統建立模型。德州大學亦在 2003 年用 LabView 為早期 的iMax 系統建立模型。

National Instruments 模塊化的產品也使這些工具適用于現場工作。現場記錄 RF 能量是設計工程師在實驗室進行產品測試時的常見工作。因此很難綜合地（synthetically）建立一種符合現場實際情況的不同環境。National Instruments 的產品經理 David Hall 指出，你可以在某個有硬盤的系統中，使用該公司的一種向量信號分析儀（vector-signal analyzer，VSA），記錄下五個小時的實際環境，以便在后來在實驗室內進行回放。

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