RF-vizsgálatok szoftveres megvalósítása
Az új, vezeték nélküli szabványokat képviselő berendezések beméréséhez hagyományos megközelítésben a mérnökök olyan célműszert választanak, amelynek képességei a legjobban illenek az adott normához

Többféle vizsgálati követelményt teljesítő, automatizált mérőrendszerek esetén ez általában azzal jár, hogy minden feladathoz külön célműszert állítanak be. Ha az elvárások egységesek és nem változnak, ez a módszer alkalmazható, de túlbonyolítottá, lassúvá és végső soron drágává válik a többféle, vezeték nélküli szabványt megtestesítő, modern RF-eszközök bemérése esetén. A hagyományos RF-célműszerek a fejlesztéseknél továbbra is hasznosak, de rádiófrekvenciás vizsgálatok, tanúsítások és gyári minőség-ellenőrzések automatizálására a szoftveresen definiált megközelítés az ideális

Mi van a berendezésben?
Korunk mérnökeinek el kell szakadniuk az RF-célműszerben való gondolkodástól, ehhez azonban előbb tudniuk kell, hogy egy ilyen eszköz jellemzően mit tartalmaz. Egy kb. 38 dm3-, hagyományosan fémvagy műanyag dobozban a gyártó által összeállított egységekből épül fel az RF-célműszer. Általában a következő összetevőket tartalmazza: tápegység, processzor, számítógép vagy műszeralaplap, beágyazott operációs rendszer, mérési függvények és szoftveres megjelenítő. Az ilyen célműszerek hagyományos vonzereje abban rejlik, hogy bizonyos meghatározott mérési követelményeknek alapból megfelelnek.
Ez a megközelítés kiválóan működött a múltban, amikor általános mérési követelmények szerint kellett vizsgálni RF-eszközöket. Újabban azonban a vezeték nélküli eszközök funkcióinak folyamatos fejlődése nagymértékben rontja az automatizált RF-mérések célműszerekkel való végzésének hatékonyságát. Emellett a hagyományos RF-célműszerekbe épített processzorok és adatsínek sebességben rendszerint több generációval lemaradnak a vizsgálandó eszközök mögött, ezek gyártási volumene pedig túlterheli őket. Azok a mérnökök, akik ismerik a hagyományos RF-mérőműszerek felépítését és tisztában vannak a gyárilag fejlesztett mérési funkciók, illetve az optimálisnál gyengébb I/O-feldolgozás korlátaival, nyilván igénylik a jobb megoldást az automatizált RF-mérési feladataikra.

Szoftveralapú megközelítés
Az ipar egyre gyorsuló ütemben áll át az automatizált mérőberendezések - ezen belül az RF-mérőműszerek - szoftveresen definiálható, új generációjára. 2009 végén már kb. 100000 PXI-alapú berendezés működött, mintegy 600000 szoftveralapú műszermodullal. A nyitott, felhasználó által definiálható, szoftverrel vezérelt és modulrendszerű, számítógépre épülő hardver azért ideális RF-mérési alkalmazásokhoz, mert processzora és adatsínje a csúcstechnikát képviseli, perifériás I/O-rendszere rugalmas, helytakarékos és moduláris, tápellátása és tápfelügyelete intelligens, továbbá precíz időzítést és szinkronizálást biztosít a rendszer egészében.
Más szóval: az automatizált RF-mérések szoftveresen definiált megközelítésénél is a hagyományos RF-célműszerekben levőkhöz hasonló összetevőket használnak, de moduláris, a felhasználó által meghatározott összeállításban. A mérnökök ezáltal maximális teljesítőképességű modulokat választhatnak, felhasználó által programozható I/O és elemzési funkciókat alkalmazhatnak, továbbá kis méret mellett a legigényesebb rádiófrekvenciás vizsgálati feladatokra is bizonyítottan megbízható működést érhetnek el. A rugalmasan gondolkodó mérnökök jutalma egy olyan RF-mérési összeállítás, amely nemcsak gyorsabb, rugalmasabb és legalább olyan pontos, mint a célműszerekből összeállított elrendezés, hanem jóval olcsóbb is annál. A szoftver­alapú RF-mérőműszerek előnyeinek még pontosabb megértéséhez gondolkodjunk el a következő példákon, amelyek megmutatják, mekkora előnyt jelent gyorsaságuk, rugalmasságuk és pontosságuk a mai rádiófrekvenciás mérési feladatoknál!

Mérési sebesség - WLAN
A szoftveralapú PXI-mérőberendezések egyik alapvető előnye, hogy mérési sebességük jelentősen meghaladja a célműszerekét. Bár ez többszörösen érvényesül több, vezeték nélküli szabványt tartalmazó eszköz mérésekor, már egyetlen szabványra készült, például vezeték nélküli helyi hálózati (WLAN) készülékek vizsgálatánál is megfigyelhető.
WLAN-mérésekhez - például a hibavektor (EVM) és spektrum-maszk vizsgálatához - komoly jelfeldolgozás szükséges. A PXI-vezérlőkben többmagos processzorokat használva öt-tízszer gyorsabban végezhetők el ezek a mérések szoftveresen definiált RF-műszerekkel, például a 6,6 GHz-es NI PXIe-5663 típusú, rádiófrekvenciás vektorjel-analizátorral. Ezenkívül a LabVIEW-hoz tartozó NI WLAN eszközkészletekkel könnyen megnövelhető a mérőberendezések teljesítménye, gyorsabb a PXI többmagos vezérlők alkalmazása révén, mert a mérési függvénykönyvtárakat eleve több magon történő futtatáshoz tervezték. Az 1. ábrán összevethető különféle RF-jelanalizátorok EVM- és teljesítménymérési ideje, 54 Mibit/s-os WLAN-jelcsomag (burst) mérésekor.

Az NI LabVIEW szoftverével működő PXI-alapú WLAN mérőberendezésekben használt nagy teljesítményű, többmagos processzorok az IEEE 802.11a/b/g mérések többségét öt-tízszer gyorsabban végzik el, mint a hagyományos vektorjel-analizátorok és WLAN-célműszerek.

Rugalmas műszerek - rádiójel-sugárzás
A szoftveralapú mérőműszerek második nagy előnye a rugalmasságuk, amely lehetővé teszi, hogy ugyanazon RF-részegységekkel különféle, vezeték nélküli szabványokat mérjünk. A korszerű rádiófrekvenciás eszközöknek egyszerre sok szabványnak kell megfelelniük. (Pl. egy modern okostelefonba legalább hat, vezeték nélküli szabványt építettek be: GSM/EDGE/WCDMA, Bluetooth, GPS, sőt WLAN.) Egyes korszerű rádió-vevőegységek még bonyolultabbak - 10 vagy még több sugárzási szabványt ismernek: AM/FM, RDS/RDBS, Sirius, XM, DAB, IBOC, GPS, TMC/RDS, sőt DARC. Egyértelmű tehát, hogy olyan műszerekre van szükség, amelyek elegendően rugalmasak ahhoz, hogy az egyre szaporodó normákat rugalmasan tudják kezelni.

Szoftveralapú műszerekkel tetszőleges rádiójelek állíthatók elő LabVIEW alatt, amelyek letölthetők egy PXI vektorjel-generátor memóriájába. Ez utóbbiból bármikor aktiválható egy adott jel, ha sugárzott rádiójelet kell vizsgálni. [Pl. a National Instruments Alliance Partner nevű program egy kiemelt résztvevője, az Averna, olyan PXI-alapú univerzális rádiótesztert (URT-t) készített, amely egyetlen hardveres háttérrel számos rádiószabvány szerint képes mérni. A 2. ábrán egy tipikus Averna URT összeállítás fényképe látható.]
Az Averna URT nemcsak előállítja a szabványos rádiójeleket, hanem rögzíti és vissza is játssza őket. A műszert PXI adatsínjeinek nagy adatátviteli sebessége és a LabVIEW szoftver nagy adattárolási és -feldolgozási teljesítőképessége emeli versenytársai fölé. Az RF-jelek rögzítésével és laboratóriumi visszajátszásával tanúsítható, hogy az FM-, DVB-T vagy GPS-vevők helyesen működnek-e alkalmazási környezetükben.

Precíz műszerek - WiMAX
A szoftveralapú mérőműszerek harmadik ütőkártyája a nagy mérési pontosság, a hagyományos berendezésekénél kisebb költségszint mellett. Az új, vezeték nélküli szabványok [pl. a WiMAX, illetve a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) szervezet által kidolgozott Long Term Evolution (LTE)] megjelenésével a vezeték nélküli eszközöknek egyre szigorúbb RF-követelményeknek kell megfelelniük. [Pl. egy 802.11a/g (WLAN) adó EVM-minimum követelménye -25 dB, 54 Mibit/s sebességű, 64-kvadratúra amplitúdómodulált (QAM) jel esetén. Az újabb szabványok, például a 3GPP LTE és a WiMAX még szigorúbb RF-követelményeket támasztanak. Pl. egy 802.16-2004 (fix WiMAX) készülék EVM-minimum-követelménye már -31 dB, ugyanarra a 64-kvadratúra amplitúdómodulált (QAM) jelre, ami csak még tökéletesebb RF-fokozatokkal teljesíthető.]
A mai szoftveralapú műszerek révén a korábbinál olcsóbban tudunk világszínvonalú rádiófrekvenciás mérési technikát előállítani. Három éve egy fix, WiMAX eszközök EVM-mérésében -45 dB-t, WCDMA esetén a szomszédos csatornák közötti áthallás arányában (ACLR) 65 dBc-t tudó RF vektorjel-generátor és -analizátor még 100000 $ alatt nem volt beszerezhető. Ma ugyanez a pontosság 65000 $ alatt megkapható (a hardveres fokozatokkal és vezérlővel együtt). Ezt tudja például a PXI technikára épülő, új NI PXIe-5663 típusú, 6,6 GHz-es RF vektorjel-analizátor és az NI PXIe-5673 típusú RF vektorjel-generátor. Mindkét műszer a legújabb 16 bites analóg-digitális és digitális-analóg átalakítókkal, továbbá nagy (50 MHz-es és 100 MHz-es) valós idejű sávszélesség mellett kis fáziszajú (1 GHz-en -110 dBc/Hz zajszintű) szintézerrel éri el a nagy mérési pontosságot, kis költségszinten.
A 3.ábra az NI PXIe-5663 és PXIe-5673 típusú egység EVM-jellemzőit mutatja 3,5 GHz-es fix WiMAX-jel használatakor. Szembeötlő a diagramon a pontok kis mérete, amely a nagy RF-modulációs pontosságot tükrözi. Az ábrán feltüntetett -46 dB-es (0,5%-os) EVM-érték 15 dB-lel jobb a fix WiMAX eszközökre vonatkozó minimumkövetelménynél.

A mérési sebesség, rugalmasság és pontosság tekintetében egyre szigorúbb követelményekkel szembesülő mérnökök innovatív rádiófrekvenciás mérési megoldások keresésére kényszerülnek, szakítva a hagyományos szemléletmóddal. Szerencsére rendelkezésre állnak modulrendszerű, szoftveralapú mérőműszerek; ezen új eszközök segítségével megbirkózhatunk a vezeték nélküli szabványok sokasodása következtében jelentkező mérési kihívásokkal.

A National Instruments honlapja