【導(dǎo)讀】無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)最近勢(shì)頭正猛，WLAN技術(shù)也越來越廣泛地應(yīng)用到更多的消費(fèi)類設(shè)備中，本文主要分享給大家的是專家關(guān)于針對(duì)無線測(cè)試的幾種并行測(cè)試架構(gòu)探討。
近幾年來發(fā)展最為迅猛的一項(xiàng)技術(shù)是無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)。盡管這項(xiàng)技術(shù)最初由于筆記本電腦、智能手機(jī)和平板電腦等個(gè)人設(shè)備的普及而得到快速發(fā)展，但市場(chǎng)調(diào)查表明這一發(fā)展勢(shì)頭仍將保持迅猛，因?yàn)閃LAN技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到更多的消費(fèi)類設(shè)備中，這一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)也被擴(kuò)展使用到“物聯(lián)網(wǎng)”中。
不僅是WLAN服務(wù)需要得到更廣泛的應(yīng)用，802.11ac等新標(biāo)準(zhǔn)也將為設(shè)備提供所需的帶寬來滿足視頻流等更高級(jí)的應(yīng)用。對(duì)于設(shè)備制造商而言，這意味著測(cè)試方法也需要與時(shí)俱進(jìn)才能應(yīng)對(duì)制造需求的快速增長(zhǎng)，而且需要在維持相同質(zhì)量水平的同時(shí)降低成本。如果采用多待測(cè)設(shè)備（DUT）測(cè)試架構(gòu)，企業(yè)將可大幅縮短實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)所需的時(shí)間。
I.WLAN設(shè)備的生產(chǎn)測(cè)試
過去，WLAN生產(chǎn)測(cè)試方法通常是通過連接一個(gè)運(yùn)行良好的設(shè)備（也稱為“黃金樣本”）和功率計(jì)來測(cè)量數(shù)據(jù)吞吐量和驗(yàn)證信號(hào)電平。近幾年來，企業(yè)越來越多地采用更先進(jìn)的發(fā)射和接收測(cè)試來進(jìn)行誤差矢量幅度（EVM）、頻譜掩模、發(fā)射功率、分組錯(cuò)誤率（PER）和接收機(jī)靈敏度等測(cè)量。這種新測(cè)試方法的實(shí)現(xiàn)是基于WLAN芯片組供應(yīng)商為客戶提供了所需的軟件來控制嵌入到設(shè)備中的芯片。通過直接控制待測(cè)設(shè)備而無需與設(shè)備進(jìn)行無線通信，測(cè)試廠商和最終用戶可在拓寬測(cè)試覆蓋范圍的同時(shí)更快速開發(fā)應(yīng)用。
A.信令
在傳統(tǒng)的信令測(cè)試中，對(duì)于WLAN測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)通常用于模擬無線接入點(diǎn)，而對(duì)于蜂窩測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)則用于模擬基站。信令測(cè)試的優(yōu)勢(shì)是既可測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)物理（PHY）層，又可測(cè)試媒體訪問控制（MAC）協(xié)議層。通過模擬無線接入點(diǎn)來測(cè)試MAC層對(duì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程非常有用，但在生產(chǎn)測(cè)試中這一功能通常是不必要的。此外，信令測(cè)試需要在測(cè)試系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的協(xié)議棧，而且速度比非信令測(cè)試要慢得多，因?yàn)樾帕顪y(cè)試是用于真正的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，而不是用于極其快速的生產(chǎn)測(cè)試。相反，非信令測(cè)試針對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用優(yōu)化了速度，使待測(cè)設(shè)備可快速完成功率電平、帶寬、通道或頻率以及調(diào)制方案等參數(shù)測(cè)試[1]，從而幫助設(shè)備制造商拓寬測(cè)試覆蓋范圍，而且不會(huì)延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間。有利當(dāng)然也有弊——非信令測(cè)試的主要缺點(diǎn)是芯片供應(yīng)商的DUT控制需要進(jìn)行額外的前期開發(fā)。
B.WLAN非信令測(cè)試框架
典型的非信令WLAN測(cè)試系統(tǒng)通過一個(gè)主機(jī)進(jìn)行控制，主機(jī)運(yùn)行的測(cè)試執(zhí)行程序可讀取文件的測(cè)試矢量和測(cè)量設(shè)置、運(yùn)行所需的測(cè)試，并將結(jié)果寫入日志文件或數(shù)據(jù)庫(kù)。測(cè)試執(zhí)行程序調(diào)用應(yīng)用程序編程接口（API）來控制測(cè)試儀器，這些測(cè)試儀器通常包括一個(gè)或多個(gè)矢量信號(hào)分析儀、矢量信號(hào)發(fā)生器或者矢量信號(hào)收發(fā)儀。此外，測(cè)試執(zhí)行程序還通過調(diào)用WLAN測(cè)量算法來對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。
非信令測(cè)試還要求主機(jī)具有芯片組供應(yīng)商提供的芯片組控制庫(kù)才能在非信令模式下控制DUT。圖1顯示了這些組件如何構(gòu)成一個(gè)典型的WLAN非信令測(cè)試框架。
圖1：典型的WLAN非信令測(cè)試框架
II.多DUT測(cè)試可提高測(cè)試吞吐量
盡管近幾年來設(shè)備制造商普遍采用非信令測(cè)試來大幅縮短測(cè)試時(shí)間，但是更復(fù)雜的新無線技術(shù)的出現(xiàn)以及產(chǎn)品周期的不斷縮短進(jìn)一步增加了減少測(cè)試時(shí)間和成本的壓力。例如，802.11ac通過增加新的數(shù)據(jù)速率、帶寬以及空間流擴(kuò)展了802.11n。隨著設(shè)備制造商將802.11ac應(yīng)用到產(chǎn)品中，他們不僅需要測(cè)試這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，而且為了保持向后兼容性，還需要繼續(xù)測(cè)試以前的標(biāo)準(zhǔn)。
此類因素顯著增加了測(cè)試時(shí)間，繼而增加了測(cè)試成本。新的解決方案是芯片組供應(yīng)商、測(cè)試廠商以及最終用戶通過并行測(cè)試多臺(tái)設(shè)備來最大限度提高效率，這一方法也稱為“多DUT”測(cè)試。通過利用最新的多DUT測(cè)試軟硬件架構(gòu)，設(shè)備制造商可以顯著增加他們的生產(chǎn)測(cè)試吞吐量而不會(huì)增加測(cè)試成本。這里來研究和比較各種多DUT測(cè)試方案，其中圖2所示的方案是使用一個(gè)VSA+VSG或VST通過一個(gè)開關(guān)矩陣來測(cè)試4個(gè)DUT。
圖2：多DUT硬件配置范例
這里基于這一測(cè)試配置來討論不同的方法。為了比較這些方法，此處將一個(gè)典型的WLAN測(cè)試分成以下幾個(gè)常見的步驟，并規(guī)定了它們的相對(duì)時(shí)間單位，如表1所示。
[page]
表1，WLAN測(cè)試的常見組成元素
3
這些步驟中耗時(shí)最長(zhǎng)的是與待測(cè)設(shè)備進(jìn)行通信來實(shí)現(xiàn)正確運(yùn)行模式所需的時(shí)間。取決于DUT和測(cè)試計(jì)劃，DUT控制時(shí)間可占總測(cè)試時(shí)間的45％~90％。因此，如果要開發(fā)一個(gè)具有最低總測(cè)試成本的測(cè)試系統(tǒng)，則該系統(tǒng)必須具有低的測(cè)試設(shè)備成本，同時(shí)使測(cè)試設(shè)備的待機(jī)時(shí)間降到最低。
C.串行測(cè)試
在傳統(tǒng)的測(cè)試計(jì)劃中，設(shè)備通過一個(gè)由夾具和射頻儀器支持的測(cè)試站進(jìn)行串行測(cè)試。測(cè)試順序與圖3中所示的時(shí)間框圖相似。此類測(cè)試應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)是非常易于實(shí)現(xiàn)。然而，這種方法并沒有利用任何類型的軟件或硬件并行機(jī)制，從而導(dǎo)致所有DUT啟動(dòng)期間RF儀器均處于待機(jī)狀態(tài)。
圖3：串行測(cè)試時(shí)間框圖
D.流水線
利用多線程并行軟件架構(gòu)和外部開關(guān)電路，已經(jīng)完成啟動(dòng)的DUT在執(zhí)行TX和RX測(cè)試時(shí)，并行軟件線程可控驅(qū)動(dòng)下一個(gè)DUT的啟動(dòng)過程，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試的流水線執(zhí)行。這種方法減少了儀器的停機(jī)時(shí)間，縮短了高達(dá)35％的測(cè)試時(shí)間，如圖4所示。
圖4：流水線測(cè)試的時(shí)間框圖
E.并行RX測(cè)試
另一種減少測(cè)試時(shí)間的方法是通過向多個(gè)DUT發(fā)送相同的波形來同時(shí)執(zhí)行多個(gè)RX測(cè)試。通過將每個(gè)DUT分配到相應(yīng)的軟件線程，所有DUT均可同時(shí)啟動(dòng)。使用如圖5所示的技術(shù)，多DUT的測(cè)試時(shí)間相比流水線測(cè)試可減少25%，相比串行測(cè)試設(shè)備可減少超過50％。
圖5：并行RX測(cè)試時(shí)間框圖
F.其他多DUT測(cè)試方法
流水線和并行RX測(cè)試僅僅只是兩個(gè)例子來說明如何提高WLAN制造測(cè)試的吞吐量而無需添加額外測(cè)試設(shè)備。由于測(cè)試軟件變得日益復(fù)雜且設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)程序針對(duì)測(cè)試不斷進(jìn)行優(yōu)化，新的測(cè)試方法將繼續(xù)涌現(xiàn)以幫助設(shè)備制造商不斷提高測(cè)試吞吐量，降低測(cè)試成本，同時(shí)跟上未來無線技術(shù)發(fā)展的步伐。
[page]
III.多DUT制造測(cè)試方法
選擇用于并行多DUT WLAN生產(chǎn)測(cè)試的測(cè)試設(shè)備時(shí)，必須確保所選的設(shè)備采用了最新的商業(yè)現(xiàn)成可用（COTS）技術(shù)，以在最大程度提高當(dāng)前吞吐量的同時(shí)，獲得針對(duì)未來需求的可擴(kuò)展性，包括從多核CPU處理器和用于數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總線，到用于管理并行測(cè)試的多線程軟件架構(gòu)。
A.多核處理器和儀器數(shù)據(jù)總線
通常RF測(cè)試系統(tǒng)中最昂貴的部件是用于生成和接收RF信號(hào)的電路。許多其它組件，如存儲(chǔ)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器和CPU處理器常見于個(gè)人計(jì)算機(jī)，因此產(chǎn)品生命周期較短且非常廉價(jià)。選擇測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，還需要確保該系統(tǒng)易于根據(jù)市場(chǎng)上出現(xiàn)的新COTS進(jìn)行升級(jí)。
PXI是一種基于PC的堅(jiān)固測(cè)試平臺(tái)，提供了用于測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本部署解決方案，包括無線產(chǎn)品生產(chǎn)測(cè)試。PXI結(jié)合了PCI Express的電氣總線特性與堅(jiān)固的機(jī)械封裝，并增加了用于制造測(cè)試的專用同步總線和主要軟件特性。這種強(qiáng)大的組合為設(shè)備制造商測(cè)試提供了目前市場(chǎng)上具有最高吞吐量和最低延遲數(shù)據(jù)總線的解決方案之一，它顯著地降低了測(cè)試時(shí)間。PXI的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是嵌入式計(jì)算機(jī)，通常也稱為PXI嵌入式控制器，其在緊湊的外形結(jié)構(gòu)中提供了最新的高新能CPU處理器。這種模塊化特性可允許用戶在出現(xiàn)新技術(shù)時(shí)以相對(duì)低的成本升級(jí)整個(gè)無線測(cè)試系統(tǒng)。
圖6：NI PXI Express機(jī)箱包含射頻分析儀和發(fā)生器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、開關(guān)、電源和嵌入式計(jì)算機(jī)
B.多線程軟件架構(gòu)
正如本文前面例子中所提到的測(cè)試方法，在選擇大規(guī)模多DUT無線制造的測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的軟件架構(gòu)必須具有多線程且可進(jìn)行并行測(cè)試。NI LabVIEW是一種具有內(nèi)在并行機(jī)制的圖形化編程語(yǔ)言，非常適用于多DUT制造測(cè)試。相對(duì)于順序語(yǔ)言，LabVIEW圖形化數(shù)據(jù)流程序本身包含有哪些部分可以并行運(yùn)行的信息。
圖7：作為一種固有的多線程編程語(yǔ)言，NI LabVIEW是大規(guī)模多DUT制造測(cè)試的理想之選
C.理想的多DUT WLAN測(cè)試系統(tǒng)
PXI平臺(tái)的靈活性和可擴(kuò)展性以及NI LabVIEW的固有并行機(jī)制為多DUT WLAN制造測(cè)試提供了一個(gè)革命性的新工具。NI PXIe-5646R矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST）具有高達(dá)6GHz的頻率覆蓋范圍和高達(dá)200MHz的RF帶寬，使其不僅成為測(cè)試802.11ac等最新WLAN標(biāo)準(zhǔn)的理想儀器，而且也非常適用于極具挑戰(zhàn)性的未來標(biāo)準(zhǔn)（如LTE-Advanced載波聚合等）的測(cè)量。
當(dāng)搭配PXI平臺(tái)和基于NI LabVIEW的NI WLAN測(cè)量套件軟件的多種開關(guān)功能時(shí)，NI矢量信號(hào)收發(fā)儀就成為大規(guī)模多DUT制造測(cè)試的理想儀器。此外，NI矢量信號(hào)收發(fā)儀還可測(cè)試許多其它無線標(biāo)準(zhǔn)，包括藍(lán)牙、NFC、GPS/GNSS、2G/3G蜂窩和LTE等，常常具有業(yè)界領(lǐng)先的性能和測(cè)試時(shí)間[2]。
圖8：一個(gè)完整的WLAN測(cè)試系統(tǒng)由一個(gè)NI矢量信號(hào)收發(fā)儀與NI WLAN測(cè)量套件軟件組成
