致力于5G新兴无线技术方面的设计与测试问题解决方案
很多人应该还记得第一次使用手机接收简讯或是下载网页的情形。现在，手机只要几秒就能下载高分辨率的影片，传输率比以前的第一台笔记本电脑更高。不过，无线网络往后的目标不只是让下载速度更快而已。
十年内，连网装置的数量会是连网用户的十倍以上。因此，未来的无线标准将持续演进，藉以满足全新案例的需求，网络不仅可以连接不同的人，还能连接对象。
除了运用全新的无线技术，这些功能还必须仰赖新款仪器并降低售价。未来的装置要能够以新的方法执行无线测试，因此以国家仪器(ni)为例，该公司不断改善pxi平台、迎接未来无线测试的挑战。
itu擘划无线技术未来 三大使用案例出线 国际电信联盟(itu)针对2020年国际行动通讯(imt-2020)提出愿景，并依据多种使用案例，点出未来无线标准的需求。这项愿景提供5g技术需求的交流架构，并说明三种不同的使用案例(图1)。
图1 三种5g使用案例
这些使用案例具体指出未来行动通讯标准的需求，也同时反映了802.11ad、802.11ax、bluetooth 5.0与nfc等技术千变万化的需求。
第一种无线使用案例「增强型行动宽带(embb)」说明了未来无线技术在网络功能与尖峰数据速率上的预期发展。embb(enhance mobile broadband)技术使用较大带宽，并结合较高阶调变机制与mimo/波束赋形技术，因此能达成的尖峰数据速率更高。尤其在5g方面，embb使用案例能够达成10gbit/s下行传输率，速度比单一载波lte还快上100倍。
第二种无线使用案例「大规模机器类型通讯(mmtc)」能以较低廉的成本，为更多地方、装置提供无线网络。透过连接更多地点的更多装置，mmtc技术将能够连接智慧城市中的红绿灯、汽车，甚至高速公路。
不久之后，以经济实惠的方式在更多工业物联网应用中连接更多装置的需求，将带动m2m通讯与窄频物联网(nb-iot)等全新行动技术的发展。
最后，第三种使用案例则是「超可靠机器类通讯(umtc)」。这时候，潜时与封包误差率就成了无线网络的两项关键需求。比如医生可透过无线网络连接的机器人执行远程手术，或是驾驶可得知前方事故而避免了大规模的连环车祸。在这两种应用中，稳定的无线通信连结不只提供便利，还能拯救生命。
未来无线技术的需求不只推动了全新无线标准的发展，也改变了工程师设计与测试行动装置的方式。比方说，5g与未来标准由于带宽较宽，因此必须配有带宽较高的rf仪器。另外，mimo与波束赋形等多天线技术需要模块化的弹性仪控，才能有效测试单天线装置、8×8mimo装置与其他设备。最后，价位较低的无线电也必须搭配成本较低的无线测试方法。无线电共占目前现今方案总值的20%，因此新一代测试设备必须提供速度更快、种类更多的平行测试方法。
向量讯号收发器的演进 2012年，ni发表全新的pxi向量讯号收发器(vst)。此款vst十分特别，在单一pxi模块中结合了6ghz rf讯号产生器与分析器，还有可供使用者设定的fpga。此仪器不但提供优异的rf效能，适合用于研发与制造测试等多种应用，并具备了可供使用者设定的fpga，能够执行量测加速与通道仿真等不同应用。
不过，无线技术一直演进，rf设计与测试的方式也必须跟着推陈出新。因此，ni推出第二代vst，以更小的机身提供更大带宽、频率范围与fpga。
带宽需求渐增 仪器须抢先一步 过去十年来，无线标准不断演进，因此能够使用更宽的带宽通道、达成更高的尖峰数据速率。举例来说，wi-fi自2003年的20mhz逐步提升至40mhz，现今的802.11ax标准甚至可达160mhz。
行动信道则由gsm的200khz跃升至现在lte-advanced技术的100mhz。未来的lte-advanced pro与5g等技术将进一步带动此类趋势。
特别是在测试半导体装置时，仪器的带宽需求经常超越讯号带宽。举例来说，在数字预失真(dpd)的条件下，测试rf功率放大器(pa)时，便须使用测试设备撷取pa模型、针对非线性动作执行修正，并藉此产生正确的波形。
多数情况下，进阶dpd算法需要3至5倍的rf讯号带宽(图2)。这样一来，在lte-advanced(100mhz讯号)标准下，可能需要500mhz的仪器带宽，针对802.11ac/ax(160mhz讯号)，仪器带宽更须高达800mhz。
图2 使用5倍讯号带宽的dpd算法
第二代vst效能改善最大的地方在于瞬时带宽的提升：最高可达1ghz。工程师能够运用带宽较大的第二代vst解决目前仪控无法克服的应用挑战。
除了无线测试标准外，带宽仪器在其他多种应用中也会派上用场。比方说，带宽雷达系统往往能够透过1ghz讯号带宽，加强捕捉脉冲讯号的能力。另外，在频谱监控系统中，仪器的带宽则能大幅提升扫描率。最后，许多进阶研究应用皆须仰赖较大的讯号带宽。
evm量测效能持续精进 新一代无线测试仪控须拥有更加出众的rf效能。随着调变机制与带宽多载波的讯号设定不断提升，现今无线装置的rf前端必须具备更优异的线性度与相味噪声，才能提供符合需求的调变效能。这些需求使得未来的rf测试仪控，必须提供更佳的rf效能。
举例来说，在无线装置上评估evm效能时，rf讯号分析器的evm效能应比接受测试的装置再低10db。
802.11ac装置在产生256-qam调变时，必须具备-32db的evm效能；也就是说，仪器本身必须具备-42db或更优异的evm效能。
未来，802.11ax1024-qam调变(图3)作业对装置的evm限制将可能进一步调整至-35db，而仪器的evm效能也须控制在-45db。
图3 802.11ax中的1024-qam星座图
满足mimo测试需求 同步化设计不可少 不论是wi-fi还是行动网络，现代的通讯标准大多采用复杂的多天线技术。在这些系统中，mimo设定透过更多空间串流提升数据传输率，又或借着波束赋形提供更稳定的通讯。透过mimo提供的这些优势，新一代的无线技术，例如：802.11ax、lte-advanced pro与5g等，将在单一装置上采用更复杂的mimo机制，所安装天线更可高达一百二十八个。
正因如此，mimo使得设计与测试作业更复杂。mimo不但增加了装置端口数，还必须同步化多个通道。如果要测试mimo装置，rf测试设备必须能够同步化多组rf讯号产生器与分析器。仪器的规格与同步化机制在这些设定中十分重要。
幸好，第二代vst十分的小巧，因此工程师能够在单一18槽机箱之中同步八个vst(图4)；其中一槽则做为pxi控制器的专属插槽。除此之外，vst能够透过自身提供的多种技术，与其他vst或pxi模块紧密同步。
图4 常见的8×8 mimo系统(搭配八个vst)
例如，工程师能够运用ni t-clock专利技术轻松同步化八个vst，并将通道歪曲控制在1ns以下，还能在多个vst共享lo、产生/撷取rf讯号，藉以发挥完整的相位同调功能。
运用软件设计提升无线测试仪器运作效能 最后，工程师必须能够使用软件设计新一代的无线测试系统。进阶无线测试应用的出现，使得工程师必须调整仪器韧体的行为。在这些应用中，工程师只要移动闭回路控制、加速量测、执行real-time讯号处理，或在仪器上同步待测装置，便能使仪器的效能大幅提升。
在此之前，客制化仪器韧体唯一的方式便是与测试厂商讨价还价，想尽办法压低昂贵的额外支出。相较之下，由于ni vst独特的设计，透过客制化的labview码便能调整仪器的fpga。
因为工程师能够运用labview轻松客制化fpga，所以客户不须费力便可享有客制化韧体影像的所有优点。此外，许多工程师自己便能修改设定，因此不须另聘vhdl或verilog专家。
软件设计仪器特别适用于雷达原型制作。在此应用中，客户可将fpga视为完整的目标仿真器并加以使用。例如，雷达系统传送激发讯号并接收响应，藉以侦测汽车、飞机，甚或其他「目标」(图5)。透过目标反射激发讯号的特性，例如延迟与频率位移等等，即可得知目标的距离与速度。软件设计仪器结合vst较高的带宽与可供使用者设定的fpga，非常适用于目标仿真。此外，工程师还能轻松客制化fpga，进而修正必须仿真的目标类型。
藉由修正可供使用者设定的fpga，还能大幅加速量测。在无线装置上执行evm或acp量测时，总量测时间主要取决于所使用的量测算法。针对这些量测，工程师能将量测算法移入fpga，藉此缩短量测时间。其中根据dpd条件完成的量测也不在少数。在这些情况中，工程师也可使用fpga开发属于自己的客制化real-time dpd实作。提升fpga架构dpd实作的速度不仅能够省下大量测试时间，还能协助工程师顺利嵌入受到高度保护的fpga演算式。企业能够提供fpga bitfile(而非原始码)给潜在客户，进而加强对自身dpd ip的保护。
vst为完整软硬件平台重要特色 vst是完整软硬件平台一部分，这也是其最重要的特色。现在是在智能型连网装置与ic的时代，测试仪控也从分离式的仪器逐渐转型为高度整合测试系统。因此，仪器平台也须能加以同步化、客制化，并以软件轻松控制，进而完成封包追踪pa测试、雷达原型制作等最新量测挑战。
vst对ni平台十分重要。范例也说明了工程师如何以模块化硬件与开放式软件，打造更具智能效能的测试系统。这些测试系统可以取得dc、毫米波等六百多个pxi产品的优势。vst结合时序与触发功能，透过pci express gen 3总线接口与亚毫微秒等级的同步化功能，便能达成高速的数据传输。善用ni软件的产能、合作伙伴构成的活跃生态系统、附加ip与应用工程师，便能透过平台架构方法大幅降低测试成本。
即便5g与802.11ax等新兴无线技术将带来设计与测试方面的重大挑战，ni第二代vst却也因应而生，能够一一解决当前问题。vst具备较高带宽、精巧规格、较佳rf效能与软件客制化等多项功能，足以应付现今与未来困难的测试挑战。
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致力于5G新兴无线技术方面的设计与测试问题解决方案
一种基于FPGA的QPSK信号源的设计
官方答复机器人“首砸”事件：系工作人员操作不当引起
开关电容转换原理简介
光耦隔离放大电路
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人工智能在发展的路上怎样避免陷阱
GTX/GTH收发器时钟架构应用
Using a UART to Implement a 1-
倾角传感器在太阳能光伏发电中的应用
Galaxy A10s作为第二款ODM智能手机推出，助于实现ODM手机的目标销量
关于GO CONTEXT机制实现原则
浪潮分布式存储AS13000G5,实现存储系统的极致安全
一种3D打印新工艺——3D打印高性能的碳微晶格电池电极
微星34寸曲面带鱼屏PAG341CQR高清图集
十年内，连网装置的数量会是连网用户的十倍以上。因此，未来的无线标准将持续演进，藉以满足全新案例的需求，网络不仅可以连接不同的人，还能连接对象。
除了运用全新的无线技术，这些功能还必须仰赖新款仪器并降低售价。未来的装置要能够以新的方法执行无线测试，因此以国家仪器(ni)为例，该公司不断改善pxi平台、迎接未来无线测试的挑战。
itu擘划无线技术未来 三大使用案例出线 国际电信联盟(itu)针对2020年国际行动通讯(imt-2020)提出愿景，并依据多种使用案例，点出未来无线标准的需求。这项愿景提供5g技术需求的交流架构，并说明三种不同的使用案例(图1)。
图1 三种5g使用案例
这些使用案例具体指出未来行动通讯标准的需求，也同时反映了802.11ad、802.11ax、bluetooth 5.0与nfc等技术千变万化的需求。
第一种无线使用案例「增强型行动宽带(embb)」说明了未来无线技术在网络功能与尖峰数据速率上的预期发展。embb(enhance mobile broadband)技术使用较大带宽，并结合较高阶调变机制与mimo/波束赋形技术，因此能达成的尖峰数据速率更高。尤其在5g方面，embb使用案例能够达成10gbit/s下行传输率，速度比单一载波lte还快上100倍。
第二种无线使用案例「大规模机器类型通讯(mmtc)」能以较低廉的成本，为更多地方、装置提供无线网络。透过连接更多地点的更多装置，mmtc技术将能够连接智慧城市中的红绿灯、汽车，甚至高速公路。
不久之后，以经济实惠的方式在更多工业物联网应用中连接更多装置的需求，将带动m2m通讯与窄频物联网(nb-iot)等全新行动技术的发展。
最后，第三种使用案例则是「超可靠机器类通讯(umtc)」。这时候，潜时与封包误差率就成了无线网络的两项关键需求。比如医生可透过无线网络连接的机器人执行远程手术，或是驾驶可得知前方事故而避免了大规模的连环车祸。在这两种应用中，稳定的无线通信连结不只提供便利，还能拯救生命。
未来无线技术的需求不只推动了全新无线标准的发展，也改变了工程师设计与测试行动装置的方式。比方说，5g与未来标准由于带宽较宽，因此必须配有带宽较高的rf仪器。另外，mimo与波束赋形等多天线技术需要模块化的弹性仪控，才能有效测试单天线装置、8×8mimo装置与其他设备。最后，价位较低的无线电也必须搭配成本较低的无线测试方法。无线电共占目前现今方案总值的20%，因此新一代测试设备必须提供速度更快、种类更多的平行测试方法。
向量讯号收发器的演进 2012年，ni发表全新的pxi向量讯号收发器(vst)。此款vst十分特别，在单一pxi模块中结合了6ghz rf讯号产生器与分析器，还有可供使用者设定的fpga。此仪器不但提供优异的rf效能，适合用于研发与制造测试等多种应用，并具备了可供使用者设定的fpga，能够执行量测加速与通道仿真等不同应用。
不过，无线技术一直演进，rf设计与测试的方式也必须跟着推陈出新。因此，ni推出第二代vst，以更小的机身提供更大带宽、频率范围与fpga。
带宽需求渐增 仪器须抢先一步 过去十年来，无线标准不断演进，因此能够使用更宽的带宽通道、达成更高的尖峰数据速率。举例来说，wi-fi自2003年的20mhz逐步提升至40mhz，现今的802.11ax标准甚至可达160mhz。
行动信道则由gsm的200khz跃升至现在lte-advanced技术的100mhz。未来的lte-advanced pro与5g等技术将进一步带动此类趋势。
特别是在测试半导体装置时，仪器的带宽需求经常超越讯号带宽。举例来说，在数字预失真(dpd)的条件下，测试rf功率放大器(pa)时，便须使用测试设备撷取pa模型、针对非线性动作执行修正，并藉此产生正确的波形。
多数情况下，进阶dpd算法需要3至5倍的rf讯号带宽(图2)。这样一来，在lte-advanced(100mhz讯号)标准下，可能需要500mhz的仪器带宽，针对802.11ac/ax(160mhz讯号)，仪器带宽更须高达800mhz。
图2 使用5倍讯号带宽的dpd算法
第二代vst效能改善最大的地方在于瞬时带宽的提升：最高可达1ghz。工程师能够运用带宽较大的第二代vst解决目前仪控无法克服的应用挑战。
除了无线测试标准外，带宽仪器在其他多种应用中也会派上用场。比方说，带宽雷达系统往往能够透过1ghz讯号带宽，加强捕捉脉冲讯号的能力。另外，在频谱监控系统中，仪器的带宽则能大幅提升扫描率。最后，许多进阶研究应用皆须仰赖较大的讯号带宽。
evm量测效能持续精进 新一代无线测试仪控须拥有更加出众的rf效能。随着调变机制与带宽多载波的讯号设定不断提升，现今无线装置的rf前端必须具备更优异的线性度与相味噪声，才能提供符合需求的调变效能。这些需求使得未来的rf测试仪控，必须提供更佳的rf效能。
举例来说，在无线装置上评估evm效能时，rf讯号分析器的evm效能应比接受测试的装置再低10db。
802.11ac装置在产生256-qam调变时，必须具备-32db的evm效能；也就是说，仪器本身必须具备-42db或更优异的evm效能。
未来，802.11ax1024-qam调变(图3)作业对装置的evm限制将可能进一步调整至-35db，而仪器的evm效能也须控制在-45db。
图3 802.11ax中的1024-qam星座图
满足mimo测试需求 同步化设计不可少 不论是wi-fi还是行动网络，现代的通讯标准大多采用复杂的多天线技术。在这些系统中，mimo设定透过更多空间串流提升数据传输率，又或借着波束赋形提供更稳定的通讯。透过mimo提供的这些优势，新一代的无线技术，例如：802.11ax、lte-advanced pro与5g等，将在单一装置上采用更复杂的mimo机制，所安装天线更可高达一百二十八个。
正因如此，mimo使得设计与测试作业更复杂。mimo不但增加了装置端口数，还必须同步化多个通道。如果要测试mimo装置，rf测试设备必须能够同步化多组rf讯号产生器与分析器。仪器的规格与同步化机制在这些设定中十分重要。
幸好，第二代vst十分的小巧，因此工程师能够在单一18槽机箱之中同步八个vst(图4)；其中一槽则做为pxi控制器的专属插槽。除此之外，vst能够透过自身提供的多种技术，与其他vst或pxi模块紧密同步。
图4 常见的8×8 mimo系统(搭配八个vst)
例如，工程师能够运用ni t-clock专利技术轻松同步化八个vst，并将通道歪曲控制在1ns以下，还能在多个vst共享lo、产生/撷取rf讯号，藉以发挥完整的相位同调功能。
运用软件设计提升无线测试仪器运作效能 最后，工程师必须能够使用软件设计新一代的无线测试系统。进阶无线测试应用的出现，使得工程师必须调整仪器韧体的行为。在这些应用中，工程师只要移动闭回路控制、加速量测、执行real-time讯号处理，或在仪器上同步待测装置，便能使仪器的效能大幅提升。
在此之前，客制化仪器韧体唯一的方式便是与测试厂商讨价还价，想尽办法压低昂贵的额外支出。相较之下，由于ni vst独特的设计，透过客制化的labview码便能调整仪器的fpga。
因为工程师能够运用labview轻松客制化fpga，所以客户不须费力便可享有客制化韧体影像的所有优点。此外，许多工程师自己便能修改设定，因此不须另聘vhdl或verilog专家。
软件设计仪器特别适用于雷达原型制作。在此应用中，客户可将fpga视为完整的目标仿真器并加以使用。例如，雷达系统传送激发讯号并接收响应，藉以侦测汽车、飞机，甚或其他「目标」(图5)。透过目标反射激发讯号的特性，例如延迟与频率位移等等，即可得知目标的距离与速度。软件设计仪器结合vst较高的带宽与可供使用者设定的fpga，非常适用于目标仿真。此外，工程师还能轻松客制化fpga，进而修正必须仿真的目标类型。
藉由修正可供使用者设定的fpga，还能大幅加速量测。在无线装置上执行evm或acp量测时，总量测时间主要取决于所使用的量测算法。针对这些量测，工程师能将量测算法移入fpga，藉此缩短量测时间。其中根据dpd条件完成的量测也不在少数。在这些情况中，工程师也可使用fpga开发属于自己的客制化real-time dpd实作。提升fpga架构dpd实作的速度不仅能够省下大量测试时间，还能协助工程师顺利嵌入受到高度保护的fpga演算式。企业能够提供fpga bitfile(而非原始码)给潜在客户，进而加强对自身dpd ip的保护。
vst为完整软硬件平台重要特色 vst是完整软硬件平台一部分，这也是其最重要的特色。现在是在智能型连网装置与ic的时代，测试仪控也从分离式的仪器逐渐转型为高度整合测试系统。因此，仪器平台也须能加以同步化、客制化，并以软件轻松控制，进而完成封包追踪pa测试、雷达原型制作等最新量测挑战。
vst对ni平台十分重要。范例也说明了工程师如何以模块化硬件与开放式软件，打造更具智能效能的测试系统。这些测试系统可以取得dc、毫米波等六百多个pxi产品的优势。vst结合时序与触发功能，透过pci express gen 3总线接口与亚毫微秒等级的同步化功能，便能达成高速的数据传输。善用ni软件的产能、合作伙伴构成的活跃生态系统、附加ip与应用工程师，便能透过平台架构方法大幅降低测试成本。
即便5g与802.11ax等新兴无线技术将带来设计与测试方面的重大挑战，ni第二代vst却也因应而生，能够一一解决当前问题。vst具备较高带宽、精巧规格、较佳rf效能与软件客制化等多项功能，足以应付现今与未来困难的测试挑战。
分享一个简单的音频音调控制电路
新电池技术:手机有望一周一充
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