PXIe-5842 第三代 PXI 向量訊號收發儀簡介

NI 於 2012 年推出向量訊號收發儀 (VST) 的概念。VST 將 RF 訊號產生器、RF 訊號分析儀以及功能強大的 FPGA，整合在單一的 PXI 模組中。PXIe-5842 VST 是第一款能提供 30 MHz 至 26.5 GHz 連續頻率範圍的 VST 產品。這款 VST 的瞬間頻寬高達 2 GHz，不僅比舊款 VST 高兩倍，誤差向量幅度 (EVM) 與平均雜訊密度等關鍵指標的整體 RF 效能也有所提升。

^{表 1： PXIe-5842 規格。請參閱規格文件，了解更多相關資訊。}

^{圖 1： PXIe-5842 第三代 PXI 向量訊號收發儀}

因此，現在 VST 能用於各式各樣的 RF 設計與測試應用，並且非常適合用於需要 RF 激發與 RF 響應的應用。用途範例包括 Wi-Fi 7 和 5G 無線設計驗證與生產測試、原型製作，以及 sub-THz (6G) 研究通道探測、電子掃描陣列 (Electronically Scanned Array, ESA) 及無線通訊用 PA 和收發儀 RFIC 驗證與特性分析、使用數位傳輸/接收模組 (Digital Transmit/Receive Module, DTRM) 的 ESA 特性分析，雷達系統驗證，以及通訊和訊號情報驗證測試。

PXIe-5842 同時具備高效能的 RF 訊號產生器與 RF 訊號分析儀。兩種儀器均採用 I/Q 至 RF 直接轉換，且最佳化處理，能發揮絕佳的量測品質。

主要技術特色：

• 頻率範圍廣泛
• 大範圍瞬間頻寬
• 最佳化的 RF 前端
• 高效能局部震盪器 (LO)
• 模組化的架構
• RF 脈衝功能
• 資料串流數位介面

頻率範圍廣泛

PXIe-5842 是第一款只要一台儀器就能提供 30 MHz 到 26.5 GHz 連續頻率範圍的 VST 產品。無論是 WLAN、超寬頻 (UWB)、藍芽、5G NR 或無線電原型製作等用途或標準，現在都只需要一台強大的多功能儀器即可進行測試。 先進的雙合成器 (PXIe-5655) 結合高頻率範圍，意即 PXIe-5842 能應用於 VHF 到 K 頻帶的各類航空與國防用途 (A/D/G)，例如電子作戰和衛星通訊中的雷達目標模擬與頻譜監控，或是雷達和衛星通訊系統常用電子掃描陣列 (ESA) 元件的參數測試。

^{圖 2： 涵蓋 RF 頻譜與衛星通訊 (SATCOM) 普及推廣的商業用途}

大範圍瞬間頻寬

現今的無線標準 (如 Wi-Fi 或 5G NR) 為達到更高的尖峰資料速率，大幅使用更寬的頻寬通道。最新的 802.11be Wi-Fi 標準即定義，最大的通道頻寬為 320 MHz，而 5G NR 標準則定義 FR1 的最大通道頻寬為 400 MHz。未來幾年，這些標準會持續演進以支援更大的通道頻寬。

此外，儀器的頻寬需求通常會大於無線通訊通道所能支援的頻寬。舉例來說，在數位預失真 (DPD) 的條件下測試 RF 功率放大器 (PA) 時，測試設備本體必須要擷取 PA 模型、修正非線性行為，接著產生修正過的波形。多數情況下，進階 DPD 演算法需要 3 至 5 倍的 RF 訊號頻寬。這樣一來，在 5G NR FR1 (400 MHz 訊號) 標準下，可能需要 2 GHz 的儀器頻寬，針對 802.11be (320 MHz 訊號)，儀器頻寬則須高達 1.6 GHz。

^{圖 3： 使用 5 倍訊號頻寬的 DPD 演算法}

PXIe-5842 VST 的瞬間頻寬範圍相當大 (2 GHz)，是明顯進步之處。頻寬加大以後，工程師就能因應更多極具挑戰性的應用。舉例來說，在進行 5G NR 裝置的測試時，大部分的 5G 載波間隔可達數百 MHz。而有了 PXIe-5842 的廣大頻寬後，工程師就不再需要多台儀器，而是只用一台儀器便能產生或分析多個 5G NR 載波。

此外，寬頻雷達系統往往需要使用高達 2 GHz 的訊號頻寬，才能準確捕捉脈衝訊號。另外，在頻譜監控系統中，儀器的頻寬則能大幅提升掃描率。最後，許多進階研究應用皆須仰賴較大的訊號頻寬。

^{表 2： 無線標準通道頻寬的發展}

最佳化的 RF 前端

PXIe-5842 的設計具備 3 種不同的接收儀/傳輸器基頻路徑，能讓 RF 前端最佳化，進而在各種測試條件下提供最佳效能：

• 適用於中心頻率低於 1.75 GHz 的直接 RF 取樣路徑。這種路徑提供更簡單的 RF 鏈，如此在進行訊號產生與擷取作業時，就能免除如 LO 洩漏或殘餘邊帶影像等的減損情形。
• 針對高動態範圍最佳化的低 IF 基頻路徑，適用於瞬間頻寬 (IBW) 達 900 MHz 的訊號。使用此路徑時，訊號產生器和訊號分析儀會將 LO 偏移到頻帶以外的頻率，以利改善頻率響應，還能將平均雜訊密度提升 3 dBm/Hz。
• 針對廣大頻寬最佳化的零 IF 基頻路徑，其 IBW 高達 2 GHz。

^{圖 4： PXIe-5842 向量訊號收發儀 (VST) 程式方塊簡圖}

高效能 LO

PXIe-5842 VST 結合了 PXIe-5842 模組與高效能雙 LO 合成器 PXIe-5655，擁有絕佳的相位雜訊效能。

^{圖 5： PXIe-5842 VST 測得 RF 輸入相位雜訊}

新一代的無線裝置在 EVM 效能上，有著更為嚴苛的要求。隨著調變機制與寬頻多載波的訊號設定不斷提升，現今無線裝置的 RF 前端必須具備更優異的線性度與相位雜訊，才能提供符合需求的調變效能。因此，適用於無線裝置的測試儀器必須提供更準確的 RF 效能。 PXIe-5842 VST 運用進階的專利 I/Q 校準技術，可針對寬頻訊號達成同級最佳的 EVM 效能。舉例來說，PXIe-5842 測得的 802.11be、320 MHz、4096-QAM、12 dB PAPR 波形可以達到 -52 dB EVM。如果搭配上 NI 專利的交互相關技術 (可透過我們的 RFIC Test Software 取得)，此效能還可獲得進一步的提升。

^{圖 6： 使用 PXIe-5842 與 RFIC Test Software 進行測試的 802.11be 受測裝置}

在現代雷達系統中不可或缺的要素之一，就是優異的相位雜訊效能。雷達系統的運作，是藉由傳輸一種頻率的脈衝，然後量測回傳脈衝的頻移，而頻移與透過都卜勒 (Doppler) 效應成像的物件之速率相關。相位雜訊效能差的話，便會降低處理都卜勒資訊的能力。PXIe-5842 的標準相位雜訊效能為 18 GHz 時 -80 dBc/Hz (100 Hz 的偏移)，因此非常適合用於雷達目標產生與分析作業。

PXIe-5842 的標準 LO 微調時間低於 230 微秒，因而能支援從一般到航太與國防產業、要求低延遲頻率的應用。

模組化設計，同步作業輕而易舉

現代通訊標準採用精密複雜的多天線技術。在這些系統中，多重輸入/多重輸出 (MIMO) 設定透過更多空間串流提升資料傳輸率，又或藉著波束賦形提供更穩定的通訊。透過 MIMO 提供的這些優勢，新一代的無線技術，例如：802.11be 或 5G NR 等，將在單一裝置上採用更複雜的 MIMO 機制，所安裝的天線更可高達 128 個。

於此同時，MIMO 技術自然也使得相關設計與測試的複雜度大幅提升。MIMO 不但增加了裝置埠數，還引入了同步化多個通道的需求。如果要測試 MIMO 裝置，RF 測試設備必須能夠同步化多組 RF 訊號產生器與分析儀。儀器的規格與同步化機制在這些設定中十分重要。

^{圖 7： 工程師使用一個 18 槽 PXI 機箱，最多可以同步處理四個 PXIe-5842。}

第三代 VST 體積輕巧，工程師使用一個 18 槽 PXI 機箱最多可以同步處理四個 VST。此外，工程師還能以完全相位同調的方式同步化 VST。在硬體部分，每個 VST 均可匯入或匯出 LO，因此所有模組皆可共用共通的 LO。在軟體部分，工程師可使用 NI 的專利 NI-TClk 技術，利用 NI-TClk API 輕鬆地將多個儀器同步化。工程師可透過 LabVIEW、C/C++ 或 .NET，利用這個 API 同步化多個 VST，甚至還能將 VST 與其他模組化儀器同步化。

^{圖 8： 工程師可以使用 NI-TClk API 讓 VST 與其他 PXI 儀器保持同步。}

RF 脈衝功能

在現代的通訊與雷達系統中，先進的 RF 脈衝功能已經成為設計、測試與最佳化這類精密系統的重要技術。脈衝概括從精準定序和脈衝調變到產生波形與暫態分析等多種功能。只要能夠善用 RF 脈衝技術的潛力，工程師和研究人員就會更有能力，可以將應用於各類領域的效能、穩定性和效率全都推上更高的境界。

PXIe-5842 VST 採用的新技術是脈衝式輸入與輸出專用接頭，位置都在儀器的人機介面上。整合式 RF 訊號鏈路支援使用多種脈寬、脈衝重複間隔 (Pulse Repetition Interval, PRI)，也能針對通訊、控制系統以及雷達和電子作戰等用途的原生脈衝功能，將脈寬開關比最佳化。您可以待波形產生後使用其中的樣本標記控制脈沖調變，也可以使用進行過低潛時與低抖動最佳化的 Pulse In (脈衝輸入) 專用接頭進行這項控制。數位觸發亦可對準 RF 脈衝邊緣，並且從脈衝輸出 (Pulse Out) 專用接頭輸出。

^{圖 9： 條件：以 1 GHz 的 CW 訊號測得。脈寬 100 ns；10% 工作週期；脈衝調變源： PulseIn；脈衝調變模式： 類比。}

^{圖 10：條件：開關比 30 MHz 到 26.5 GHz。每個頻率點的功率準位設為最大的指定輸出功率。}

VST 可以使用 RFmx Pulse 這種整合於 RFmx 的量測專用功能結合 InstrumentStudio™ 軟體，產生並量測 RF 脈衝波形。RFmx Pulse 能進行不同類型的脈衝、調變機制，以及各類量測作業，有助於簡化脈衝量測作業之餘，也能與 RFmx SpecAn、RFmx DeMod、RFmx Phase Noise 之類的現有功能相輔相成，用於更完整的 RF 量測作業，從一般頻譜量測到雷達與電子作戰參數和功能測試、電子掃描陣列特性測試，以及數位 TRM 應用層級測試等，各項量測全數適用。

^{圖 11： RFmx Pulse 產生並分析脈衝波形的穩定性。}

^{圖 12： RFmx Pulse 呈現出脈衝波形的振幅軌跡。}

資料串流數位介面

第三代 VST 採用靈活的數位介面，能與協同處理器模組進行高速平行與序列通訊。如同上一代 VST，PXIe-5842 人機介面的數位 I/O 埠也是通用連接埠，一體適用於四個傳輸通道和四個接收通道，能進行 12 Gbps 的高速序列資料傳輸，同時也是連接於 VST 內建 FPGA 的八埠高速平行數位介面。

PXIe-5842 VST 的新功能是高速序列介面，由四個多網速收發儀 (Multi-Gigabit Transceiver, MGT) 構成，每個接頭各有四個 TX 通道和四個 RX 通道，每個通道的資料傳輸率最高可達 16 Gbps。這項功能支援使用者將 VST 連接至外接的高速序列 FPGA 模組，例如 NI PXIe-7903，能以最高資料傳輸率進行高頻寬應用，同時能以高度整合的即時數位訊號處理模組保持密切同步。

VST 搭配高速序列協同處理器，就能因應必須採用 VST 完整頻寬的用途與產品，例如 SATCOM 遙測與資料連結驗證、RF 光束賦形與定向、寬頻頻譜監控，以及 RF 記錄與播放。使用者若要進行 sub-THz 6G 研究，只要以第三代 VST 搭配 PXIe-7903 高速序列儀器，就能以最高 4 GHz 的即時頻寬進行即時、持續的裝置 I/Q 資料串流。

深入了解 6G sub-THz 研究與原型製作。

VST 最具特色的屬性之一，就是具備高度擴充性的軟體架構。VST 的設計旨在能夠搭配選擇多種的軟體，從入門款軟體、軟體人機介面到高階程式設計 API 等，全數一體適用。

可搭配 VST 使用的軟體選項當中，最簡單的就是軟體人機介面體驗。有了軟體人機介面，您就能迅速輕鬆地設定 RF 訊號產生器或分析儀，以修正儀控設備錯誤，並快速取得量測結果。以圖 13 為例，軟體人機介面讓工程師能夠針對鄰近通道功率 (ACP) 量測作業設定 VST。

^{圖 13： 使用者可以使用 RFmx 軟體人機介面設定 VST，快速得到量測結果。}

^{圖 14： RFmx 中的通道功率量測}

第二種軟體選項是 NI RFmx，該選項提供直覺化的程式設計 API，兼具易於使用與進階量測設定的功能。工程師可透過 C、.NET 與 LabVIEW，從 100 多種範例程式中選用一種來開始。這些範例程式的設計，皆是為了讓儀器自動化作業能簡單明瞭。舉例來說，圖 14 的 RFmx LabVIEW 使用範例就是只使用七次函式呼叫的通道功率量測作業。

無線電頻率前端 (RFFE) 驗證

處理適用於 5G 與 Wi-Fi 6 等寬頻標準之 RF 前端的工程師，必須針對更多頻帶、載波聚合情境以及日益複雜的調變機制，驗證新的 RF 前端裝置。隨著市場要求提高效率與線性度，工程師需要在 50 Ω 與非 50 Ω 環境中，透過最新的數位預失真 (DPD) 演算法與緊密同步的封包追蹤 (ET) 設定，驗證設計效能。

NI 的 RFFE 驗證參考架構會執行全部 4 個主要的 DPD 作業：進行裝置行為的特性分析、擷取模型、倒置模型，以及將預失真應用至基頻 IQ 樣本上。NI 的 RFIC Test Software 可讓您套用 DPD 模型，並透過互動化方式觀察裝置行為。 

適用於寬頻功率放大器的包絡追蹤 (ET) 技術，需使用 ET 電源供應器 (ETPS)，以搭配調變無線訊號振幅來動態變更 DC 電源。包絡追蹤技術可以讓 PA 盡量維持在壓縮點附近，從而提高整體效率。在 ET 測試方面，NI RFFE 驗證參考架構可將多部儀器轉換為可輕鬆控制的整合式量測工具，進而簡化 VST、高頻寬任意波形產生器 (AWG) 與高速示波器的控制與同步化。

深入了解 NI 的 RFFE 特性分析解決方案。

^{圖 15： 在 DPD 條件下進行 PA 驗證測試的標準配置}

RFFE 生產測試

PXI 適用於 RFFE 元件製造測試，既可部署為獨立系統使用，也可以納入 NI 半導體測試系統 (STS) 中。STS 為單一完整封裝測試站，當中整合了 NI PXI 平台與適用於高產量測試的 NI 速度最佳化測試軟體，適合使用在生產環境中。

^{圖 16： 不同的 RFFE 生產測試解決方案}

STS 機殼會裝載生產測試器的所有關鍵元件，包括測試儀器、受測裝置 (DUT) 介接，以及裝置處置器/探針器基座機制。有了開放式的模組化半導體測試系統 (STS) 設計，您就能充分善用符合最新業界標準的 PXI 模組展現更出色的儀器與運算能力，繼而降低 RFFE 生產測試的整體成本。

深入了解適用於大量 RFFE 生產測試的 NI 解決方案。

適用於系統層級測試的雷達目標產生

在將各種子系統組裝成功能完整的雷達系統時，工程師必須運用系統層級的測試解決方案，待所有子系統 (包括雷達處理軟體在內) 全數整合完畢後，才能確保端對端功能運作正常。進行雷達系統層級的測試時，接收的目標脈衝必須由傳輸的雷達脈衝以實際且即時的方式產生。 要達到如此「實際」且「即時」的需求並不容易，因為這代表潛時不能高，而且要當機立斷；當測試組合的收發路線之間多了資料匯流排和作業系統後，要在數位系統中達成這兩項目標，全都並非易事。  

NI 針對執行基本雷達生產與功能測試的工程師，提供以 VST 為架構的解決方案。 

^{圖 17： 基本雷達系統元件}

電子掃描陣列 (ESA) 特性分析

電子掃描陣列 (ESA) 具有多種規格，包含被動式電子掃描陣列 (PESA) 與主動式電子掃描陣列 (AESA)，是現代化 RF 系統在雷達與通訊應用方面的基礎。隨著 ESA 技術的發展，雷達系統中採用的電子元件數量也日益激增。無論是雷達通訊或衛星通訊，開發 ESA 都要經過多個階段，包括基礎元件的設計或選擇、整合，以及將這些元件組合成可用模組和子組件之後的驗證，以及最終整合成陣列成品之後必須進行的系統層級驗證。每一階段包含關鍵建模、特性分析，以及最終的生產測試，當中最關鍵的就是整個生命週期的關聯性。

NI 提供的軟硬體工具能滿足測試 ESA 系統元件的需求。

深入了解 NI 的雷達驗證與 ESA 特性分析解決方案。

通訊衛星 (SATCOM) 遙測與資料連結驗證系統

近年低地球軌道 (LEO) 與中地球軌道 (MEO) 衛星的商用化，並催生出非地面網路 (NTN) 及高解析度遠端感測與成像等現代衛星式應用系統。為了支援這些新系統所開發出來的衛星星系、地面設備與輔助發射載具，都會搭載新型通訊與資料連結技術，因此也為相關設計、系統驗證與量產測試的過程增添了新挑戰。

NI 提供諸多的軟硬體驗證解決方案，協助您開發高效能的太空通訊系統。

深入了解 NI 的通訊衛星 (SATCOM) 遙測與資料連結驗證系統解決方案。

無線技術日益複雜，自然更需要功能更好、更多的 RF 儀器。PXIe-5842 是市面上效能最強的 PXI VST，同時也是唯一可以透過不同設定測試所有現代無線標準 (例如藍芽、Wi-Fi、5G NR 或 UWB) 與衛星通訊的 PXI 產品。 它提供從 VHF 到 K 雷達頻帶的連續頻率覆蓋範圍。PXIe-5842 具有提升至 2 GHz 的瞬間頻寬，同時在 RF 效能上也有所提升，因此即使是最困難的測試與量測挑戰也難不倒它。PXIe-5842 與上一代 VST 配備相同的常見軟體工具，因此，客戶進行升級輕而易舉，也能將原本的應用程式轉移到新的 PXIe-5842，一點也不困難。

• 深入了解 PXI 向量收發儀