LabVIEW借助PXI平台进行多仪器集成？

概览

为新无线标准制定和部署验证或生产测试策略是十分困难的。而随着5G NR等新无线标准和技术的复杂性不断增加，这方面工作的难度进一步加大。其中的挑战包括更宽且更复杂的波形、测试点数量呈指数级增长，以及使用波束成形和相控阵天线等技术来改善有限的链路预算。为了帮助您应对这些挑战，NI推出了 PXIe-5831 毫米波矢量信号收发仪（VST）来提供提供优质、高速的测量，该仪器采用可扩展的架构，即使待测器件（DUT）需求发生变化时也可以适应这些需求。这款 PXI 矢量信号收发仪（VST）简化了复杂的测量要求和测试所需的仪器设备，从而缩短了开发新测试资产所需的时间。

内容

VST架构的扩展

为设计提供高性能特性分析

为生产测试阶段提供高速度和可扩展性

VST架构的扩展

图1. 包含毫米波扩展功能的PXI矢量信号收发仪（VST）的核心框图

VST的核心是将高带宽矢量信号发生器、矢量信号分析仪、高速数字接口和用户可编程FPGA组合到单个PXI仪器上。毫米波 VST（PXIe-5831）扩展了VST架构，采用了多项创新，旨在解决无线标准、协议和技术方面日益增加的复杂性和不确定性。

带集成开关功能的毫米波射频头

图2. 带集成开关功能的毫米波射频头

毫米波与其他频率的转换通过射频头实现，射频头连接到基于PXI的IF子系统，最高可将PXIe-5831毫米波VST的频率范围扩展到44 GHz。每个毫米波VST IF子系统最多可支持两个射频头，而射频头提供三种配置—— 2端口、9端口和16端口，以满足不同DUT的需求。此外，仪器校准程序也集成了开关网络，可用于创建额外的端口，而且由于经过校准，通往测试端口的整条线路的参数性能都是准确的。以下是一个测试配置示例，显示了毫米波射频头如何满足多频带TX/TX RF前端模块的多端口需求：

图3. 使用毫米波射频头满足测试配置需求示例

最终频率转换阶段在远程前端中执行，这进一步提高了测试系统或测试单元物理配置的灵活性。射频头可以放置在更靠近DUT的位置，以避免长距离高频电缆布线以及相关的功率和信号质量损耗。中频（IF）频段的损耗明显比毫米波频段小得多，因此，通过先在较低频率下输出功率，然后转换频率，就可以提高重要位置处，即毫米波测试端口处的功率。举个例子来说明，将+23 dBm仪器使用三米电缆以及毫米波VST等+17 dBm仪器使用一米IF和两米毫米波电缆进行比较：

IF和毫米波测试端口可满足多频带需求

图4. IF和毫米波测试端口可满足多频带需求。

毫米波RFIC扩展了当前的RF信号链，增加了频率转换、波束成形和相控阵列辐射三个步骤。理想的测试方法需要能够非常灵活地匹配这些测试点，以适应设计和需求的变化，同时能够在速度和成本方面进行扩展，以满足批量需求。

为了提供所需的灵活性以适应信号链中每个步骤的不同要求，毫米波VST为IF和毫米波频率提供了双向测试端口。双向测试端口使得用户无需在仪器之外进行额外的信号调理和切换，从而进一步提高了测量质量，同时降低了系统的整体复杂性。

图5. 毫米波VST为IF和毫米波频率提供了双向测试端口。

毫米波VST包括两个IF测试端口，可以单独使用或与毫米波射频头配合使用。这些端口提供最高21 GHz的频率范围，并为多频设备提供直接接口，如上 /下变频器，或内置频率转换功能的波束形成器IC。这些端口意味着毫米波VST可以直接与多频段设备连接，无需额外的仪器或外部信号调理。

为设计提供高性能特性分析

1 GHz瞬时带宽

无论是5G和802.11ax等下一代无线技术，还是雷达测试和频谱监测等先进的航空航天和国防应用，无不需要越来越高的峰值数据速率，因而亟需更宽的信号带宽。利用快速采样、高线性度数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）以及宽带内部校准机制，毫米波VST可提供1 GHz瞬时RF带宽和出色的测量精度。

图6. 毫米波VST提供1 GHz瞬时RF带宽，具有出色的测量精度。

由于VST具有高瞬时带宽和校准前端，因而可以高效地部署到要求较高的应用中，例如雷达目标仿真、多载波聚合、数字预失真（DPD）算法实现、5G原型设计和实时频谱分析。此外，毫米波VST采用专利算法进行幅度和相位校正，从而在宽瞬时带宽范围内实现较高的绝对幅度精度以及较低的线性相位偏差。

误差矢量幅度测量性能

VST采用先进的专利IQ校准技术，为宽带信号提供同类领先的误差矢量幅度（EVM）性能。下一代无线设备的一个关键要素就是，由于带宽增加，EVM性能要求更加严格。由于采用了更高阶的调制方案和宽带多载波信号配置，当今无线设备的RF前端需要更好的线性度和相位噪声，以提供所需的调制性能。因此，无线设备测试仪器必须提供更精准的RF性能。

对于EVM性能要求较高的应用，PXI仪器的模块化设计就可将VST的原有性能提高到另一个层次。比如PXI的外部本地振荡器（LO）可以让基于毫米波VST的系统实现优于 -40 dB的EVM性能。

相位相干同步

模块化毫米波VST架构和PXI平台相结合，为需要相位相干性的多通道测量提供了同步和扩展功能。因而，对于双极化天线无线测试等应用，两个毫米波VST之间可提供现成的纳秒级同步：

图7. 双极化天线OTA测试

纳秒级同步功能还可扩展到多输入多输出（MIMO）测试系统。802.11ax、LTE Advanced Pro和5G等现代通信标准采用MIMO方案来应对单个设备上的多个天线，以通过更多的空间数据流提供更高数据速率，或通过波束成形提供更强大的通信能力。但随之而来的是，MIMO技术显著提高了设计和测试的复杂性。它不仅增加了设备上的端口数量，还引入了多通道同步要求。由于PXI毫米波VST的外形紧凑，一个18槽的PXI机箱中最高可同步三个PXIe-5831 VST。此外，PXI系统还可以使用 MXI 集成来集成额外的机箱，从而进一步扩展系统。

. 一个18槽PXI机箱内可同步多个PXIe-5831。

多台VST之间的同步可以完全相位相干，就像一台仪器一样。在硬件方面，VST可以导入或导出LO，从而使所有模块共享一个公共LO。而在软件方面，NI已申请专利的T-Clock （T-Clk）技术可以通过NI T-Clk API轻松同步多个仪器。

为生产测试阶段提供高速度和可扩展性

设备吞吐量和测试时间会对业务成功产生直接的影响，特别是对于生产测试环境。毫米波VST的硬件和软件架构不仅提供了同样的测量性能，而且进一步提高了测量速度。

基于PXI平台集成多种仪器

借助PXI平台进行多仪器集成

经过速度优化的原生驱动程序，适用于常见测试开发语言

毫米波VST通过RFmx应用软件进行配置和控制。 RFmx提供直观的编程API，既便于使用，也能为通用RF测量和针对特定标准的测量提供高级测量配置。RFmx软件具有高度优化的API，可执行从RF频谱测量（包括信道功率、相邻信道功率和功率谱）到数字和模拟调制信号测量等任务。该软件还可自动执行基于标准（5G NR、LTE Advanced Pro、Wi-Fi 6、蓝牙等）的测量程序。

在LabVIEW和 .NET中使用NI RFmx进行5G NR测量

显示了一个使用RFmx LabVIEW和 .NET进行5G NR兼容通道功率测量的示例，其中仅包含了几个函数调用。毫米波VST提供了100多个使用C语言、.NET语言和LabVIEW语言编写的仪器自动化程序范例，可帮助用户快速开始进行开发。NI-RFmx API包含的高级参数可智能优化仪器设置，只需最少量的软件调用即可实现最优质的测量。此外，NI-RFmx具有的多个功能可大大简化多测量并行和多DUT测量的软件复杂性。最新的处理器技术和易于编程的多线程测量提供了业界领先的测量速度，大幅缩短了测试时间。

VST将高带宽矢量信号发生器、矢量信号分析仪、高速数字接口和用户可编程FPGA组合到单个PXI仪器内。

毫米波VST （PXIe-5831） 扩展了VST架构，采用多项创新，旨在解决无线标准、协议和技术方面日益增加的复杂性和不确定性。
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