新世代LTE與802.11ac整合測試解決方案
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過去傳統的量測儀器並未隨著摩爾定律而進化，要支援最新的產業規範？通訊協定，往往僅能重買一部量測儀器，而新舊量測儀器的疊層架構，造成空間的閒置以及訊號傳遞的延遲；儀器領導廠商提出量測模組整合平台概念，可依需求隨時增添支援新興技術？產業協定的量測介面卡模組，建置一個可彈性化配置、低延遲性訊號互連的優質量測儀器平台…
美商國家儀器(National Instruments；NI)台灣分公司應用工程師潘建安，先介紹 NI 成立35年來，長期為業界提供量測儀器與工業嵌入式應用的圖形化系統設計解決方案。NI在全球40個國家僱用6,600位員工，超過60%比例為研發人員，每年為旗下35,000家客戶，包含 Fortune 500前500大製造業中，像是NASA、Intel、AMD、Microsoft，從殼牌石油(SHELL)、汽車開發製造商到手機廠商如Nokia等，選擇最適合的量測方案。
他指出摩爾定律並沒有發生在量測儀器上， 40幾年來量測儀器都長得像一個箱子，裡面塞入儀器商所設計的各種量測功能，當客戶需要新功能，就需要買一個新的量測儀器。每一台儀器有自己的處理器，用戶無法自行替換升級；當愈來愈多不同功能的量測模組加入，雖然可以透過RS-232、GPIB、USB2.0、Fast/Giga Ethernet等相互串連，但隨著儀器數量愈來愈多，愈疊愈高，儀器之間溝通的協定造成的延遲也就越顯著。
NI的PXI整合量測系統概念，取材自如PC一樣，需要示波功能就插入一張示波卡模組，需要無線射頻就加裝一個RF模組在整個儀器裡面；以將各種不同通訊量測模組整合在一個機箱上，藉由非常高速的PCI Express匯流排來相互連接，以每秒Gigabytes速度傳輸資料且資料延遲性也小，量測效能也得以倍增。
多樣化的量測擴充模組 可客製化、彈性化配置
NI所提供的PXI量測模組，如針對無線射頻量測所需的RF訊號分析模組(RFSA)、RF訊號產生模組(RFSG)、以及向量網路分析儀(Vector Network Analyzer；VNA)模組、數位電錶模組(Digital-Meters)、示波儀模組(Oscilloscope)、手機量測所需的任意波形產生器(Arbitrary Waveform Generator；AWG)、來源訊號量測單元(Source Measurement Unit)、類似傳統數位邏輯分析儀的高速數位I/O量測模組(High-Speed Digital I/O)，及可串接的繼電？切換開關模組(Switch/Relay)等，提供多樣化的量測模組的選擇。
每個量測模組彼此能以PCI Express v2.0 x1/x4，也就是最高達2GB/s的互連頻寬相互連接。PXI迥異於一般量測儀器內建的小螢幕，藉由模組化共享同一組圖形？顯示系統，外接到大尺寸液晶螢幕下，對於各種量測訊號、波形、眼圖、特徵的顯示效果，更是大有看頭。
過去對於新興技術？介面協定的量測需求，儀器廠商往往建議您買一部新的儀器，意指舊的儀器只能換掉或做為舊介面訊號量測的備品。對PXI量測儀器而言，僅需要添購、換裝能支援新興介面？訊號技術量測模組即可。PXI 連處理器也採模組化設計，從1997年第一部PXI-8156推出，其CPU僅0.3GFLOPS，到2012年PXIe-8135的推出，採用Intel Core i7處理器模組，具備72GFLOPS的運算效能，使PXI系列儀器伴隨著摩爾定律的進展，15年內量測訊號？運算效能整整提升達240倍，量測速度跟著變快，時間也跟著縮短。
在此同時，潘建安列舉幾個產業界使用PXI平台進行的評論。像ST Ericsson的Sylvain Bertrand表示，他們也使用PXI RF無線射頻量測系統，比傳統RF量測儀器提升了10倍的量測速度，同時成本僅需先前價位的1/3。德儀(TI) Sambit Panigraphi也表示，開發功率放大晶片(PA)時，藉由NI的量測儀器與LabVIEW軟體的使用，比傳統量測儀器的使用更能夠縮短量測時間。摩托羅拉Jim Morrison表示，他們將PXI儀器整合量測能力納入自動化測試群，同時開發單一模組測試軟體，一年節省研發與維護成本達47萬5,000美元。而據TriQuint半導體所提供在GSM、EDGE與WCDMA量測時間上，使用PXI儀器比傳統儀器快了6、14、9倍。
NI的無線射頻RF量測解決方案
NI在PXI硬體平台下規劃了LabVIEW圖形化軟體，可以提供頻譜與各種訊號的量測，用戶若對新的介面技術有深入了解，可以利用Toolkit軟體去自行定義、客製化量測機制。NI提供經過業界認證的無線量測ToolKit，像WLAN 802.11a/b/g/n到最新802.11ac，行動通訊部份支援GSM/EDGE+、WiMAX、WCDMA&HSPA+以及最新的LTE(FDD/TDD)量測協定，同時對Bluetooth 4.0 + EDR、GPS衛星導航、AM/FM/RDS無線廣播接收量測等協定也都支援。
過去要對多種協定(Multi-Protocol)裝置做量測，得要搬出各種介面協定的量測儀器，如今透過PXI僅需一台測試儀器即可。同時業界在量測儀器選購上，著重量測的精準度(EVM)與其價位的效益比。NI系列的測試儀器從5661/5672、5663/5673到今年5655R，提供了6萬美元以下、EVM -40 ~ -48dBM高C/P值的選擇。
WLAN訊號分析上，需要量測像頻率偏移(Frequency Offset)、載波洩漏(Carrier Leakage)、頻譜平整度(Spectral Flatness)與頻譜遮罩邊界(Spectrum Mask Margin)；功耗部份如尖峰與平均功耗(Peak & Average)，對802.11b則多量測Ramp-Up/Ramp-Down Time。其他量測重點像是支援802.11a/b/g/n/ac，即便要量測到4x4 MIMO組態時，也可以多透過擴充VSA與VSG模組來做4x4訊號產生與分析。NI量測儀器提供較傳統量測儀器至少快上3~10倍，同時可以做到EVM精準度-48dB的水準。同時也提供了LabVIEW軟體前端介面與應用程式介面(C-style API)，開放業者以C語言方式撰寫自動化量測？控制的應用程式。
NI提供4G LTE量測套件，支援3GPP release 9規範並支援TestStand自動平行排程與LabVIEW圖形式開發，具備可互動的軟體定義前端面板，同時提供C/C++/.NET的API程式介面。它支援3GPP TS 36.521-1用戶終端一致性測試規範(UE Conformance測試)，提供傳輸功耗、CCDF功耗、訊號調變品質量測、頻譜平整度？發射功率，以及相鄰通道功耗的量測。
以NI的PXI平台量測訊號EVM峰值，以1.4MHz頻譜量測下，RMS EVM達-53.14dBM，量測時間約160毫秒(0.16秒)，頻譜拉大到20MHz時，RMS EVM為-49.91dB，量測時間拉長到1239ms(1.239秒)，他們內部測試過換處理器模組的CPU同時加大RAM到8GB，初測量測時間縮減到100多毫秒，代表PXI儀器可隨著摩爾定律不斷的升級，因應未來新興介面？協定的量測速度上的需求。
過去大家會使用訊號產生器(Vector Signal Generator；VSG)搭配訊號分析器(Vector Signal Analyzer；VSA)，或者是VSA+VSG二合一的無線測試套件，即便如此整個驗證套件體積仍然相當龐大。NI在今年2012年發表世界上最小的RF向量訊號收發模組(Vector Signal Transceiver) PXIe-5644R，支援65MHz~6GHz頻率範圍、80MHz瞬時頻寬、具備24個高速數位I/O與僅佔3個PXI Express擴充槽的寬度，具備可程式化FPGA，支援802.11ac、LTE以及MIMO多天線收發測試功能。
PXIe-5644R創造EVM -47.67dB量測精準度，以及小於60W的超低運作功耗。在VSG搭配VSA串接做功率放大與訊號反饋的Power Servoing / leveling量測上，過去需要160ms來達成訊號收斂；PXIe-5644R可以將演算法則燒錄進入FPGA，以硬體加速等級做VSG與VSA的串接與訊號反饋，量測時間縮短到1ms就可達成收斂。
高通(Qualcomm)旗下的Atheros，在2007年首度採用NI PXI RF量測儀器做802.11n驗證時，量測速度比傳統RF儀器快了10倍；2012年添購PXIe-5644R模組加裝之後，量測效能提昇到較傳統RF儀器快了200倍。
