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如何使无线测试达到最佳状态?

木马童年 2019-4-10 08:45 162 0

不管是移动设备、物联网还是工业射频应用,这些世界都依赖于无线在运行。因此无线测试比以往任何时候都更重要。但你如何平衡彻底性、速度和预算呢?“从三个中任取两个”可不是好的答案。 测试必须彻底,并且具有足 ...

不管是移动设备、物联网还是工业射频应用,这些世界都依赖于无线在运行。因此无线测试比以往任何时候都更重要。但你如何平衡彻底性、速度和预算呢?“从三个中任取两个”可不是好的答案。

测试必须彻底,并且具有足够快的速度能跟上产品上市的步伐,还要在紧缩的预算之内。测试工程师应该采用一种合适的方法来管理好多方面的折衷因素,并找出针对特定情形的最合适解决方案来。

确定测试要求

理想的无线测试起始于比较和对比两种常见的无线测试系统:收发机和切换。收发机测试用于测试无线电设备彼此间如何直接通信。切换测试则是测试天线或接入点如何与无线电设备(通常称为手持机)一起执行任务。

不管是收发机测试还是切换测试,测试装置都需要考虑以下几个方面:

· 通过端口将设备连接到测试系统。

· 用内部射频组件衰减、划分或组合信号。

· 衰减器可以远程编程或人工编程。

· 系统在规定的频率范围内工作。

· 通过配置建立设备间的通信路径。

· 端口、衰减器和划分/组合器、频率范围以及内部配置都是需要进行折衷的地方,它们将影响整个测试的速度、彻底性和成本。

做出选择

在理想的世界中,你会拥有最灵活的测试系统。这种系统可以将你需要测试的任何无线电设备或手持机和天线组连接到一起。两个设备之间的每条路径都有一个可编程的衰减器,用来独立地调节设备之间的信号强度,并且能够随时调节信号强度来仿真信号衰落。

然而,随着端口数量、潜在路径和射频组件的增加,费用也将大幅上升。额外的组件需要扩大机架空间来容纳,同时对功耗和散热提出了更高的要求。

如果你减少测试系统中的组件数量,那么尺寸、功耗和冷却要求也会随之降低,成本也会下降,而你付出的代价是失去测试的灵活性。一些测试配置甚至可能无法建模。其它测试场景可能需要花更长的时间,因为灵活性的降低必然要求更多的测试反复才能覆盖各个案例,同时需要更多的时间来适应额外的装置和测试步骤。

在切换测试中,可以平衡灵活性、时间和节能的额外资源是人工衰减器的使用。它们比可编程衰减器要便宜,因为它们没有用于远程编程的电路,取而代之的是工程师需要通过衰减器前面板上的旋钮来设置衰减值。人工操作会增加配置的时间,并且不能适应所有测试场景,比如衰减随时间改变的dB数来仿真信号衰落。

即使输入功率规范也会给预算带来压力。由于设备组件的功耗特性,测试设备经常接受有限的天线或接入点输入功率,比如1W,而不是典型的商用40W设备。增加专用的衰减器代替在满功率下执行测试所付出的成本比升级测试系统组件要低得多。

虽然严格意义上讲不算是折衷,但使用技术上中性的语言可以帮助你拓宽选择合适测试设备的范围。举例来说,LTE无线设备使用的频率,不同国家是不同的,要规定实际的频率范围。不同的公司在如何参考频率范围方面也是不同的。一些公司规定所有东西以MHz为单位;其他公司则喜欢引用GHz。寻找每种情况下最合适的值,确保你不会欺骗你的搜索结果。

你的未来需求是什么?

折衷也会影响未来。测试工程师不能只考虑现在的需求,因为测试设备通常是不可配置的。如果你买了一台仅适合当前项目的设备,而明年可能提出另外一个具有更高扩展性要求的设计,那可能需要再买一个测试系统了。而第二台设备也许能够覆盖当前的测试案例,因此过度节省的经济策略反而会弄巧成拙。

在某些情况下,为了取得更高覆盖率而额外付出的成本也许是可以忽略的。举例来说,如果你想在900MHz至2GHz频率范围内测试收发机,那么一个定制的测试系统成本实际上与覆盖698MHz至3GHz频率范围的成本是相当的,因为后者可能会使用更多的标准件,获得现货的成本效率。 考虑你在连接上需要的衰减量,一般有典型的范围,比如从0dB到95dB,以1dB为步距,一直到6000MHz;或者从0dB到127dB,以1dB为步距,一直到3000MHz。在典型范围内你能涵盖的测试衰减需求越多,测试系统使用更便宜的标准组件的可能性就越大。

收发机测试

收发机测试设备中的每个端口将代表对应待测无线电设备之一的一个射频信号。无线部分经常在屏蔽外壳中用于控制测试环境的每根天线通过电缆连接到这种端口。

在收发机测试设备中共有三种配置:

· 全部扇出;

· 有限扇出;

· 集中扇出;

全部扇出是最灵活的,因为它提供了一种完全网格状的矩阵。它也是最贵的,因为它要求最多的射频组件。在全部扇出的配置中,无线设备对之间的每条可能路径都有一个对应的衰减器。如果你有12个端口,就有(12×11)/2或66条可能的双向路径,每条路径要求一个可编程的衰减器。如果是6个端口,就有(6×5)/2或15条可能的路径,因此需要15个可编程的衰减器。

在有限扇出配置中,每个端口连接到两侧其它端口的特定子集。如果你用的是一个12端口的盒子,并有一个8有限扇出的设计,那么这12个端口的每一个都将连接到正上方的4个扇出和正下方的4个扇出。这将使需要衰减器的路径数量减少到48个。端口数量越多,有限扇出设计就更有经济上的吸引力。一个36端口全部扇出盒子将需要630个可编程的衰减器。如果改用一个36端口12有限扇出的设计,所需要的可编程衰减器数量只有216个,可节省约三分之二。如果在实际使用中有限扇出可以胜任,无线电设备将从地理上扩展得足够远,这样不需要所有设备都直接通信。

集中扇出是最简单的设计,使用轮辐拓扑。每个端口只有一个可编程的衰减器。但这样会牺牲灵活性。每台无线电设备通过测试系统在同一时刻只能与一台其它无线电设备通信。 当你设置好一个端口上的衰减器时,你就限制了它到其它端口的传输,不能再为每个可能的通信设备对独立设置衰减值。你仍然可以在任何一对无线电设备之间编程特定的衰减值,但你会失去对所有其它可能路径上的衰减值的灵活控制。

如何使无线测试达到最佳状态?

图1:一种12端口的集中扇出配置。所有端口在星形配置下通过一个阻性功率划分器/组合器进行连接。图中总共有12个可编程的衰减器。

如何使无线测试达到最佳状态?

图2:一种12端口的LC8设计。每个端口只连接到8个最近的相邻端口(4个上方的相邻端口和4个下方的相邻端口)。这种设计只要求48个可编程衰减器。

如何使无线测试达到最佳状态?

图3:一种12端口的全部扇出配置。这种12端口设计将总共有66个可编程衰减器。

切换测试

在切换测试中有两种类型的端口:输入和输出。输入端口代表天线:基站,接入点,蜂窝铁塔或到通信网络的某些其它类型连接。输出端口代表手持机或移动设备。在这个案例中术语“输入”和“输出”是命名惯例,因为切换测试系统中的所有路径都是双向工作的。共有三种类型的切换配置:

· 全部扇出;

· 有限扇出;

· 人工切换。

与收发机测试系统一样,一个全部扇出切换系统意味着所有输入可以与所有输出对话。每个输入端口被连接到一个射频划分/组合器,并根据输出端口数将信号划分成多条路径。每条路径有一个衰减器。然后每条路径针对相关的输出端口进入划分/组合器。为了得出一个全部扇出切换系统中的路径数量,需要将输入端口的数量乘以输出端口的数量。一个8×4系统需要针对每个输入端口配置一个1×4的划分/组合器、4个衰减器,并针对每个输出端口配置一个1×8划分/组合器。因此总共有32个衰减器和12个划分/组合器。

在一个有限扇出配置中,每个输入有一个衰减器,因此相同的信号强度会到达所有天线。所有输入导入同一个划分/组合器,然后再导向连接输出的另一个划分/组合器。对于8×4的配置来说,只有8个衰减器和2个划分/组合器。虽然器件数量少得多,但你无法为从手持机到天线的每条路径独立地调整衰减值。

人工切换系统也使用有限扇出配置。人工切换和可编程有限扇出之间的区别在于,在人工系统中用人工旋转衰减器替代了可编程衰减器。人工切换系统是最简单最便宜的类型,通常应用在早期的研发阶段。

找到理想的解决方案

有选择当然很棒,但它们也会使得决策过程复杂化。没有人会告诉你怎么样做最能满足你的特定需求,因为没有其他人必须平衡你的计划、复杂性和预算。然而,机会在于你可以找到合适类型的测试设备来满足你的特定需需求。

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