3rf wcdma基準(zhǔn)比較測試白皮書

1、通過與傳統(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。如WCDMA 測量結(jié)果所示，基于多核處理器并行執(zhí)行的 LabVIEW 測量算法與傳統(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 測試AmFax 使用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)更快的WCDMA 測量 配置 RF 儀器測量時間統(tǒng)計(jì)測量值平均運(yùn)算與重復(fù)性結(jié)論相關(guān)資源介紹你在早晨 7:00 伴著搖滾音樂聽來自Guns N Roses 樂隊(duì)的醒來，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，可以在書房通過WLAN來查收郵件。當(dāng)準(zhǔn)備好工作后，你走門

2、，使用一個315MHz 的 FSK 發(fā)射機(jī)來打開車鎖。坐到車?yán)铮偵系缆?，你又可以享受無線電收音機(jī)所提供的沒有的。稍后，你會通過藍(lán)牙耳機(jī)會與車內(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的過路費(fèi)。傳出提示你需要駛?cè)牍?，同時 RFID將自動收取相應(yīng)RF 技術(shù)無處不在。即便作為一個普通的消費(fèi)者，每時每刻都會受其影響，更不一個 RF 測試工程師了。無線設(shè)備的成本大幅降低，可以讓業(yè)余的時間變得更輕松，但是在設(shè)計(jì)下一代 RF 自動測試系統(tǒng)時，將會帶來的。工程項(xiàng)目所的降低測試成本的，比以往任何時候都嚴(yán)峻。因此，當(dāng)前的自動測試系統(tǒng)所關(guān)注的焦點(diǎn)在于

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

4、 測試非常適于自動化測試應(yīng)用。使用高度并行的 NI LabVIEW 測量算法，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)更快的測量速度。在很多情況下，RF 測量算法也是按照 LabVIEW 編程語言中所自有的并行方式編寫的。因此，可以通過將 CPU 升級至多核，從而實(shí)現(xiàn)總體的測量速度的。隨著 CPU 時鐘速率（或者 CPU 內(nèi)核個數(shù)）按照摩爾定律，當(dāng)前的RF 測試儀器可以實(shí)現(xiàn)非?？斓乃俣?。如你在本文中所見，對于一些較為處理器密集型的 RF 測量算法，許多 PXI 矢量信號分析儀可以比傳統(tǒng)的臺式矢量信號分析儀的速度高出 30 倍。為了更進(jìn)一步了解 PXI 儀器的優(yōu)勢，可以對一些高通量的無線測試應(yīng)用進(jìn)行分析。在這種情況下，測試時間在產(chǎn)品的成本(Cost of goods sold, COGS)中

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

7、r signalPXIe-5663 RF 測試系統(tǒng)要高出許多。yzers, VSA)，并且其價格比一個完整的儀器 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)測試數(shù)據(jù)，可以在一系列通信標(biāo)準(zhǔn)的測量應(yīng)用中，對 PXI 和傳統(tǒng)儀器的測量時間進(jìn)行比較。對于 WCDMA 應(yīng)用來說，可在一系列參數(shù)測量中，考核儀器的性能。 物理層測試通常需要很長時間，例如補(bǔ)償累計(jì)分布函數(shù)(Complementary cumulative distribution function, CCDF)，其最終的測試時

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)。而對于一些需要解調(diào)運(yùn)算的測試來說，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)，這些測試通常需要離散Fourier transform, DFT)運(yùn)算。變換(Discrete在一個常見的測試執(zhí)行架構(gòu)，例如 NI TestStand中，你可以很快地配置一個自動測試序列。NI TestStand不僅提供一個內(nèi)置的框架用于進(jìn)行序列化的測試，還可以對每個測試所花費(fèi)的時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如圖 3 所示，即為 NI TestStand 在一個自動測試序列中對測試時間統(tǒng)計(jì)的界面截圖。+ 放大圖 3. NI TestStand 實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品測試的自動化。如圖 3 所示，觀察嵌套的 For 循環(huán)當(dāng)中的 EVM 測試相關(guān)步驟（“NI 配置 EVM”， “NI 測量 EVM”）。外

10、層的 For 循環(huán)用于確定對一個給定的測量進(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量多次。在同一配置下得到的多個測量值，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)測試時，需要將每個儀器都調(diào)整至最快的速度，這一點(diǎn)非常重要。對于傳統(tǒng)儀器來說，若要達(dá)到最快的速度，需要使用板載的平均函數(shù)而不是對每一個測量值手動的進(jìn)行平均運(yùn)算。此外，在測試運(yùn)行時，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，作為一個通常的準(zhǔn)則，當(dāng)不使用或者較少使用平均運(yùn)算時，延遲對于測量的影響較為顯著。為了對 RF 矢量信號分析儀的測量速度進(jìn)行基準(zhǔn)測試，需要使用一個 RF 矢量信號發(fā)生器為其提供信號源，進(jìn)行回環(huán)測試。為了評價 PXIe-5663 VSA 的性能，可以使用的 PXIe-5667 6.6 GHz RF 矢量信號發(fā)生器來生成源信號。此源信號符合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。雖然使用一個實(shí)際的儀器

12、作為待測單元(Device under test, DUT) 比較適用于特性測試（例如可重復(fù)性測試），但是回環(huán)測試的好處是，可以展示儀器的測量性能。測量時間統(tǒng)計(jì)按照上述的各項(xiàng)配置，觀察各項(xiàng)測量的測量時間（以秒為）。 請注意，表 2 中的測量所使用的平均的次數(shù)是按照設(shè)計(jì)驗(yàn)證時所常用的次數(shù)來確定。在下文中，你可以了解到有關(guān)平均的次數(shù)和測量重復(fù)性之間關(guān)系。各種測量應(yīng)用的典型測量時間/chinaNational Instruments時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 測量時間。如表 2 所示，無論使用控制器還是機(jī)架式控制器，PXIe-5663 RF 矢量信號分析可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)儀器的測量速度。此外，可以看到處理器的速度對整個測量時間的影響。其中，NI PXIe-8130PXIe-8106 使用一個 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 2.4 GHz Core 2 Duo CPU。由于 CPU 的性能直接決定測量的速度，四核控制器能夠比最快的雙核控制器實(shí)現(xiàn)的測

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)的整體的測量時間的縮減。/chinaNational InstrumentsCCDF1M0.5050.5100.4880.3300.384EVM 測量時間203.1423.1300.8220.5770.519ACLR 測量時間203.0703.1000.2000.1740.168OBW 測量時間204.5544.5400.2170.1880.167總時間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%的測量時間。對于多數(shù)的 WCDMA 物理層測量來說，測量值的處理時間對整體的測量時間影響最大。對于這些測量來說，整體的測量時間通常與進(jìn)行平均的次數(shù)有關(guān)。但也有一個例外，就是需要特別大的量的 CCDF 測量。在這種情況下，處理器的性能對于整體的測量時間影響較小。圖 6 所示即為 CCDF 測量，可以看到 PXI 測量系統(tǒng)比傳統(tǒng)儀器略快一些。圖 6. 平均運(yùn)算的次數(shù)對于 CCDF 測量時間影響較小。/chinaNational Instruments為了更加全面準(zhǔn)確地觀察 PXI 儀器所帶來的性能，所進(jìn)行的這些測量需要進(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 次測量后的均值。如圖 6 中所示，若使用基于 PXI 的測量系統(tǒng)（而不是傳統(tǒng)儀器），CCDF 測量時間可以減少 33%。此處，你可以看到 NI 8353 四核機(jī)架式控制器可以達(dá)到最高的測量速度。對于處理器密集型的物理層測量來說，選擇不同的處理器對總體的測量時間影響很大。在圖 7 至 9 中，可以看到傳統(tǒng)儀器和 PXI 儀器在測量時間和平均次數(shù)之間的關(guān)系。+放大圖 7. 在處理器密集型的測量中，PXI 儀器可以體現(xiàn)最大的速度優(yōu)勢。對于諸如 EVM 測量這樣的處理器密集型應(yīng)用來說，選擇不同的處理器對總體的測量時間影響很大。例如，一個 EVM 測量如果設(shè)定為對五個點(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間縮減 33%，只需要 228 毫秒。在相鄰?fù)ǖ佬孤┍嚷?Adjacent channel leakage ratio,ACLR)測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 測量中，測量時間與平均次數(shù)的關(guān)系。在 ACLR 測量中，使用 PXI RF 測量系統(tǒng)可以比傳統(tǒng)儀器快 16 倍。對于一個 ACLR 測量（不考慮配置所需時間）來說，典型的測試時間不超過 8 毫秒，這比常規(guī)的時域ACLR 測量時間還短。圖 9 所示

18、為最后一項(xiàng)測量結(jié)果，即為占用帶寬的測量。+放大圖 9. 在占用帶寬的測量中，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，對于一些測量來說，在達(dá)到相同的測量結(jié)果時，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)的測量中，PXI 儀器在絕對的測量時間上的優(yōu)勢更為顯著。測量值平均運(yùn)算與重復(fù)性雖然平均運(yùn)算對整體的測量時間影響較大，但是仍需要通過平均運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的測量結(jié)果。由于測量值平均運(yùn)算事實(shí)上增大了總體的測量時間，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^平均來降低信號中的一些噪聲，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 測量都是針對一個WCDMA 幀內(nèi)進(jìn)行，相當(dāng)于 2600 chip。請觀察測量重復(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)，而對于大多數(shù)產(chǎn)品測試應(yīng)用來說，通常需要更大的數(shù)據(jù)集。事實(shí)上，許多測試都是使用多個儀器，因此需要一個更精確的模型，以表征測量重復(fù)性。使用 PXIe-5663 RF 矢量信號分析儀和 PXIe-5673 矢量信號發(fā)生器，你可以很容易地實(shí)現(xiàn)優(yōu)于 1%的