軟件定義的無線電要求高級測試

射頻(RF)技術的研制對適應性較以前提出了更高的要求：適應擁擠的RF頻譜、適應變化的網絡要求、適應變化的器件規范。軟件定義的無線電(SDR)對這些特點體現得最為明顯，SDR使得軟件能夠動態控制各種通信參數，如使用的頻段、調制類型、數據速率和跳頻方案。

與傳統RF收發機技術相比，SDR擁有獨特的優勢，因為它提供了更高的靈活性，它可以有效地重新配置器件，對變化的要求作出響應。但是，軟件無線電引入了傳統無線設計中沒有的一系列新問題。其對物理層最明顯的影響之一是，強健的SDR設計中的硬件要求在廣泛的工作參數上實現全面的靈活性和高性能，以滿足軟件需求。現在許多領域都正在使用SDR，包括3G無線基站和用戶設備、軍事無線電(如美國軍隊中的聯合戰術無線服務)、陸地移動無線電(如美國的Project25和歐洲的ProjectMESA)及衛星收發機。

當然，這種靈活性和變量數量必須能夠適應一致性設計要求，需要新的測試方法。除通過網絡控制工作頻率外，更加先進的SDR可以動態控制調制方案、跳頻模式、功率電平、濾波、編碼方案和數據速率。通過數字信號處理(DSP)動態生成RF波形及數字電路和RF電路相集成(通常在同一IC上)，產生了傳統RF收發機設計中看不到的問題。

這種提高的復雜性不僅帶來了RF設計挑戰，也改變了RF測試的特點。必須使用超出傳統RF發射機一致性測試的測量功能，檢驗SDR發射機的性能。僅僅通過一致性測試并不能保證器件正確工作，也不能為保證產品質量提供經濟的手段。SDR發射機必需滿足大量的系統要求，包括在以前的要求基礎上增加的新要求。更重要的是，這些發射機將利用固有的智能和靈活性，動態適應當前條件和要求。這些復雜的軟件控制的變動通常會導致毛刺、間歇性干擾、脈沖畸變、數字到RF耦合及軟件相關的相位誤差。

為真正解決這一系列新的瞬變現象和新問題，SDR系統設計人員必須同時在時域和頻域中全面分析和檢定自己的系統。在系統參數隨著時間變化時，使用DPX可以隨時發現反常的信號事件和非線性器件行為，顯示實際RF信號表示。必需執行選頻觸發，確定瞬變事件發生的時點。必須執行多域時間相關分析，確定每個問題的具體成因。此外，把整個事件無縫捕獲到存儲器中對后續深入分析具有重要意義，因為很難重建發生觸發的條件。這些檢驗信號性能隨時間變化的高級調試方法與傳統靜態一致性測試相結合，對有效執行SDR測試至關重要。
　　
收發機測試

以SDR收發機為例，發送組件可能包括功放器、濾波器、混頻器、DAC、頻率振蕩器和DSP電路。其它組件可能包括低噪聲放大器、混頻器、ADC、頻率振蕩器、DSP和控制電路。

圖1是收發機簡化的功能方框圖，其中沒有數字中間頻率(IF)或數字RF。注意，這個圖中的每個方框可以通過軟件控制。

檢驗典型SDR收發機的性能要求采用綜合測試戰略，把沿著發送/接收鏈不同點上進行的測量關聯起來。例如，可以通過卓越的實時信號分析儀(RTSA)的頻率模板觸發(FMT)捕獲間歇性信號。RTSA可以使用頻率模板違規，然后觸發邏輯分析儀和示波器，允許用戶查看相關信號的數字特點和模擬特點。通過使用這種方法，設計人員可以確定邏輯電路或模擬控制電壓中是否發生與頻域違規相關的某個事件。除通過高級觸發彌補數字/RF鴻溝外，頂級RTSA可以在相關的時域、頻域和調制域中分析和顯示信號。
　　
超越固態一致性測試

SDR測試本身包括傳統發射機測試。無線電每種不同的可能配置都必須符合傳統規范，如占用帶寬、通道功率和鄰道功率。對采用時分雙工或時分復用的系統，存在著定時要求，如上升時間和下降時間。對跳頻系統，可能同時有與跳頻PLL系統有關的頻域和時域指標。與傳統發射機不同，SDR器件必須在更加廣泛的工作模式下通過這些測試，這提高了一致性測試的復雜性。

調制質量測量也是一致性測試的重要組成部分。對數字調制的信號，其通常包括誤差矢量幅度(EVM)或相關功率(RHO)測量。此外，支持模擬模式的SDR設計必須通過一致性測試。調制質量既是一致性測量指標，也是系統性能問題。EVM差會降低數據速率、語音傳輸清晰度和發送范圍。EVM指標還可以洞察潛在的發射機問題。基于這些原因，EVM是調試SDR時首先要考慮的指標之一。
遺憾的是，單純的一致性測試并不足以保證SDR正常工作。為實現網絡靈活性，每個SDR器件必須隨時間變化來改變重要的工作參數，以跟上網絡需求。當然，所有這些變化都由軟件控制的收發機硬件實現。因此，幫助捕獲可能的RF毛刺、瞬變和其它異常事件的工具至關重要。確定哪個組件導致了問題也是一個重大任務，要求采用全面的調試戰略。為使器件和網絡正常運行，必需考慮新的測試方法，幫助檢定和分析SDRRF鏈路怎樣隨時間變化。

領先的RTSA為SDR調試提供了強大的功能。首先，必需發現物理層中存在的問題。這些瞬變事件發生得可能非常快，在其隨時間變化時，當前的RTSA使得設計人員能夠在頻域中觀察到這些事件。在使用RTSA發現異常信號行為之后，用戶可以在時間相關的多個域中觸發、捕獲和分析相關信號。這種超越純粹一致性測試的能力對檢定和調試動態信號必不可少。
　　
跳頻和發射機測試

許多系統中都使用跳頻，包括軟件定義的系統，以避免檢測、擁堵和干擾，改善擁有多路徑和衰落的環境中的性能。跳頻在廣泛的頻率上擴展信息。這提高了系統的強健性，因為頻率相關誤差(如干擾或衰落)只會導致部分數據丟失。通過增加前向糾錯編碼、隔行掃描及混合ARQ重傳等技術，可以有效恢復在跳擁堵過程中丟失的數據。

除常見的跳定時、頻率穩定時間和幅度穩定時間測量外，還可以使用多種其它測量，使用RTSA調試跳頻無線電。跳頻涉及頻域、時域和調制域交互。能夠以相關的方式顯示這3個域在調試SDR器件中提供了寶貴的工具。

圖2是藍牙器件跳頻的數字熒光顯示畫面。傳統上一直用于高級示波器的DPX數字熒光顯示技術已經應用到RF領域中，部分RTSA現在已經采用了這種技術。DPX第一次允許用戶查看“生動的RF”信號，為查看RF信號行為提供了無可比擬的能力。

在圖3中，顯示了一個藍牙信號。RTSA的頻譜圖(右下方)顯示了頻率行為隨時間變化情況。可以看出，在這些跳周圍有很高的頻譜能量。在這種情況下，在發生跳頻時，發射機可能會干擾相鄰器件。捕獲跳頻使用的儀器必需有足夠寬的實時帶寬，以捕獲大部分跳序列帶寬及其周圍發生的頻率散射。

盡管藍牙不一定使用軟件無線電實現，但它可以很好地說明在試圖實現跳頻系統時面臨的挑戰。對大多數跳頻系統來說，能夠測量每個跳頻十分重要。例如，藍牙規范要求79個跳頻中的每個跳頻(1MHz通道間隔)位于特定值的75KHz范圍內。這保證不同制造商的器件之間正確互操作。對這一測量，用來測量跳序列的儀器必須涵蓋整個跳頻范圍。在2.4GHzISM頻段中，頂級RTSA的110MHz實時帶寬足以涵蓋整個83MHz頻段，同時還會檢查帶外干擾。

在圖4所示的另一個實例中，使用RSA調試發生不頻繁的、難以檢測的信號。這可能是頻率切換瞬變導致的，頻率切換瞬變還可能會導致更大的相位瞬變。它可能是由于PLL電路在對某個頻率變化時控制不當引起的。一旦使用DPX識別了毛刺或瞬變，部分RTSA的FMT可以可靠地捕獲信號進行深入分析。如圖4中所示，用戶可以定義頻率模板，可以繪制頻率模板，最好地捕獲信號。在藍牙跳頻實例中，用戶可以定義模板，觸發某個跳頻，而不是觸發功率變化。數字熒光顯示技術演示了信號跳到約比感興趣的信號高3MHz的頻率上。頻率模板任意定義為這個信號周圍的包絡，一旦信號進入頻率模板區域，儀器會觸發。通過使用擁有高性能帶寬的RTSA，可以分析跳序列，在每個跳頻上執行頻率穩定時間測量(部分RTSA在110MHz實時帶寬時的定時分辨率為6ns)，支持最低60ns的穩定時間。

SDR是RF收發機的一種新興實現方案，對RF硬件提出了額外的要求。為處理軟件無線電研發中出現的復雜性，可以全面使用RTSA，測試多種工作模式隨時間變化的要求。這些獨特的儀器具有數字熒光顯示、頻率模板觸發和時間相關多域分析功能，在設計和檢定SDR器件時提供了完美的調試工具。