軟件無線電在射頻檢測儀器和射頻檢測方法上的應用

　　軟件無線電技術(shù)因為其靈活性被廣泛用于無線通信產(chǎn)品和射頻檢測儀器。本文介紹了軟件無線電在射頻檢測儀器和射頻檢測方法上的應用。按照軟件無線電原理，將無線產(chǎn)品看作射頻前端+基帶電路+輔助電路的模塊構(gòu)架，就可以用射頻參數(shù)檢測替代昂貴的通信功能檢測，從而提高生產(chǎn)者的市場競爭力。


　　軟件無線電在手機和測量儀器中的應用

　　在無線通信領(lǐng)域，手機及其檢測設(shè)備不約而同地采用了軟件定義無線電的技術(shù)。軟件無線電給測試測量儀器和被測量的無線通信設(shè)備帶來了靈活性。對儀器而言，通過調(diào)用不同的軟件就可以檢測不同通信協(xié)議的被測件。對通信設(shè)備而言，通過下載不同的軟件就可以用不同的通信協(xié)議通信。其中軟件可以有不同的承載平臺。軟件可以安裝在計算機硬盤或者閃盤上，可以下載到DSP或者FPGA上。對于手機，大多以后者形式運行。

　　測試儀器大致分為封閉結(jié)構(gòu)和開放結(jié)構(gòu)兩種。封閉結(jié)構(gòu)儀器提供一定數(shù)量協(xié)議的完整的無線測試測量功能。用戶通過調(diào)用程控指令，如GPIB指令，就可以完成對被測件的各項測試。儀器內(nèi)部構(gòu)架對使用者不公開，協(xié)議擴展或測試功能擴展完全依賴儀器供應商。開放結(jié)構(gòu)儀器建立在公開的標準總線結(jié)構(gòu)上，各個儀器模塊(也稱模塊化儀器)由公開的計算機函數(shù)控制。儀器供應商、第三方軟件開發(fā)商或者用戶自己開發(fā)的軟件通過調(diào)用這些函數(shù)組合配合數(shù)字信號處理和測試測量算法軟件，實現(xiàn)對被測件的各項測試。協(xié)議和測試功能的擴展可以由任何具備能力的人開發(fā)。兩者的對比如表1。

　　目前，開放式結(jié)構(gòu)的總線基本只有PXI和VXI可選。由于這兩種總線不能夠支持許多無線通信協(xié)議要求的納秒級精度的應答同步，又因為開發(fā)信令協(xié)議棧的技術(shù)難度，在開放式系統(tǒng)上只見到Wi-Fi、藍牙、RFID等少數(shù)協(xié)議的信令測試系統(tǒng)，至今沒有看到GSM、CDMA等常見協(xié)議的模擬通話測試系統(tǒng)。針對這點，可以通過增強儀器中頻實時處理能力來提供條件，也可以索性取消信令測試來解決問題。前者源自測試測量供應商，后者源自生產(chǎn)廠。近年來行業(yè)發(fā)展的趨勢，導致信令測試的減少或者取消成為生產(chǎn)測試的基本要求。

　　從通話測試到參數(shù)測試

　　模擬通話的功能測試

　　傳統(tǒng)的手機無線檢測使用一臺具有基站信令協(xié)議棧的射頻檢測儀器。這臺儀器和被測設(shè)備通過無線協(xié)議的空中接口建立模擬通話，在模擬通話的同時檢測手機的性能，這就是綜測儀。這種使用綜測儀模擬通話的檢測方法利用標準規(guī)定的協(xié)議指令，使得射頻檢測和產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計無關(guān)，可以適應特定協(xié)議下任何廠商設(shè)計和制造的移動終端。模擬通話的檢測方法壟斷了無線測試行業(yè)，但是這種測試方法的劣勢是生產(chǎn)成本太高。最近幾年，由于手機生產(chǎn)量飛速上升，綜測儀的設(shè)計和制造成本也得以降低，實際售價顯著降低。另一方面，射頻檢測流程也由一臺儀器對一臺被測件升級為一臺儀器對2~4臺被測件，使得被測件啟動和非射頻檢測時間不占用綜測儀時間，所以測試時間也得到減少，生產(chǎn)成本明顯下降。

　　近3～5年，無線通信協(xié)議飛速發(fā)展，第三代(3G)通信已成現(xiàn)實，第四代(4G)通信呼之欲出。同時單臺終端集成多個協(xié)議也成為發(fā)展趨勢。一臺手機不僅要支持GSM、EDGE、CDMA，還要支持Wi-Fi和藍牙，3G手機還要兼容GSM和EDGE。與此同時，綜測儀的升級似乎走到盡頭。Wi-Fi、藍牙、WiMAX等無線通信的檢測需要另外購買無線檢測儀器。各個無線設(shè)備生產(chǎn)廠商開始尋找鎖定生產(chǎn)成本的良策。

　　射頻參數(shù)測試

　　控制無線產(chǎn)品生產(chǎn)檢測成本的方法就是用射頻參數(shù)測試替代信令通話測試。從邏輯上講，就是把射頻檢測和數(shù)字電路檢測分離。對于軟件無線電產(chǎn)品，既然調(diào)制解調(diào)都是軟件完成的，那么射頻檢測只須檢測產(chǎn)品射頻前端的參數(shù)就可以了，和協(xié)議信令沒有關(guān)系。而數(shù)字電路可以由軟件校驗和數(shù)字端口讀寫實現(xiàn)。技術(shù)上射頻參數(shù)測試可以分為兩類，射頻校準參數(shù)測試和射頻性能參數(shù)測試。其中前者測量被測件的發(fā)射功率控制參數(shù)、接收靈敏度控制參數(shù)、頻響均衡參數(shù)等等和無線終端收發(fā)控制相關(guān)的參數(shù)。后者測量被測件的發(fā)射頻譜曲線、邊帶響應、交調(diào)失真、雜散頻譜輻射、頻率準確度等等和射頻前端質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)。

　　從測試方法來說，這是由功能檢測向性能參數(shù)檢測的過渡，也是由黑箱測試向白箱測試的過渡。從技術(shù)上講，是由設(shè)計結(jié)構(gòu)封閉向設(shè)計結(jié)構(gòu)部分開放的過渡。從手機測試原理框圖（圖1 ）看，參數(shù)測試用數(shù)字通訊端口控制被測件，命令被測件進入特定的測試模式，從而被測件可以發(fā)射測試信號，或者接收測試信號并將收到的信號或信號參數(shù)通過通訊端口發(fā)回測試儀器。參考表 2，無線終端的設(shè)計者必須向測試系統(tǒng)研發(fā)工程師公開部分數(shù)字控制指令，并且將一部分終端研發(fā)過程中的測試代碼整合為終端測試模式軟件，使得生產(chǎn)檢測時可以下載到被測件上運行。