PXI技术进阶20年 NI三环节应对无线射频测试挑战

在物联网的大背景下，涌现出了许多智能设备。智能设备的大爆发推动了商业技术的发展，多重技术融合，复杂性不断提升，给射频测试带来了严峻挑战。与此同时，快速开发、快速迭代正成为智能设备厂商面临的考验。在这样的快速变化下，射频工程师需要更加智能的测试系统，提高更大的灵活性，更高的可靠性，以最低的成本加速上市时间。PXI平台凭借其开放性、高灵活性、高性能、低成本等特点，满足了日益增加的对复杂仪器系统的需求。

作为PXI平台的创办者，NI（美国国家仪器）多年来坚持为PXI用户打造一个开放、自由的技术交流平台- PXI技术和应用论坛（PXI TAC）。PXI TAC自2004年创办以来，经过14年积累，已有超过两万工程师积极参与，见证了PXI技术诞生20年以来的每一个重大突破，已经是中国地区最大、最具影响力的PXI技术专业论坛。5月11日，时值PXI技术20年华诞之际，NI在深圳隆重举办了第十四届PXI技术和应用论坛（PXI TAC 2017），携手18家合作伙伴，分别在物联网、射频通信、消费电子、汽车电子和国防科研等领域为与会工程师分享了最新的PXI技术和最新的应用实例。

见证PXI技术一路进阶20年

在PXI TAC上，NI研发副总裁Steve Warntjes先生将PXI技术比喻成20年前种下的一棵树，经过20年的发展，PXI技术俨然成为一颗枝叶繁茂的参天大树。

1997年，为满足日益增长的复杂仪器系统需求，NI开发并提出了PXI标准；

1998年，PXI规范作为一种开放的业界标准发布；

2004年，NI将FPGA技术引入PXI平台；

……

2017年，经过20年的发展，PXI已成为自动化测试和控制的主流模块化仪器平台。

PXI不仅得到众多主流测试测量厂商的支持，而且全球各地的用户基于PXI平台在多个领域实现各种不同的应用，国内也有越来越多的用户在构建或升级测试测量系统时考虑采用PXI平台。

目前，全球已有60多家厂商的2000多种PXI模块产品可供选择，满足各种测控应用需求。其中NI公司可以提供300多种不同的PXI模块，覆盖大部分PXI应用。

据业界知名咨询公司Frost&Sullivan预测，到2021年，PXI平台作为整个仪器行业的主力增长力量，将会一直以超过15%的增长率增长下去。

下一代WLAN标准802.11ax带来新的测试挑战

无线通信技术已经深入到人类生活和工作的方方面面，人们对于无线通信的要求越来越高，无线网络的承受能力也面临着越来越严峻的考验。为了进一步满足更高用户密度、更高传输速率的要求，以及解决接入用户增多的问题，下一代WLAN标准802.11ax的草案1.1应运而生，并获得越来越多的关注。

图1、NI技术市场工程师屠方泽

“在WiFi应用场景下，虽然802.11ac能够达到接近7Gbps的传输速率，但是在高密集用户场景下，比如机场、车站还是会出现令人难以忍受的低速体验。新制定的标准802.11ax就旨在通过解决多用户接入的方式来改善这一现象，”NI技术市场工程师屠方泽介绍，“802.11ax能够显著的提升我们的数据吞吐率，以及带给我们更多客户更好、更一致的高速体验。”

屠方泽指出，新的802.11ax标准对物理层(PHY)标准进行了显著的改动，以便在拥挤的环境中为每个数据用户提供更高的平均数据吞吐量。与802.11ac标准相比，802.11ax可以说是前者的继承与加强版本。两者都支持同样的带宽配置，均使用5GHz频段，并支持MU-MIMO技术。但802.11ax引入了更高阶的调制方式，具有更窄的载波间距，以及更复杂的多用户接入方式，这些变动使得特性分析、设计验证和生产测试工作变得更加复杂。他进一步阐释了802.11ax所带来的新测试挑战：

图2、802.11ax新的测试挑战

首先、802.11ax是在相同的带宽下有着更窄的载波间距和更高阶的调制方式，这就意味着测试系统需要更低的相位噪声以及更好的EVM性能；

第二、802.11ax增加了对多用户场景的支持，支持上行和下行的MU-MIMO及OFDMA。这就要求测试系统无论是在硬件还是软件环境上都需要支持多用户上下行的验证。在这种背景下，我们对于其中多用户的每一个用户都要进行单独的配置和测试；

第三、对于单个终端用户，还要增加802.11ax邻道干扰信号的测试。需要增加单个用户的频率、时间和功率偏移矫正。

三款新品全球首发跨越实验室到产线测试

“作为一家以创新为驱动力的公司，NI对测试测量和控制领域的支持从不间断。”屠方泽强调。“NI将18%的销售额投入到研发之中，所以我们会看到NI不断有新的技术和领先的创新产品提供给客户。”

继日前推出支持802.11ax的WLAN测试工具包17.0之后，NI 又在PXI TAC 2017重点发布了三款最新产品。这些产品为物联网、消费电子和射频通信厂商和科研机构，提供了覆盖从实验室设计开发到大规模量产的解决方案。

图3、NI 在PXI TAC2017 全球首发的三款新品

· MXI Thunderbolt

使用MXI Thunderbolt接口通过笔记本电脑来控制PXI系统

· PXI全新任意波形发生器

NI全新任意波形发生器具备出色的模拟性能，使用16位的DAC，具有800MS/s更新率，非常适合于各种场景下的自动化测试。

· 802.11ax WTS-IS 1.3

NI WTS无线测试系统1.3版本基于灵活的软件和模块化硬件，可实现快速多DUT执行，显著降低成本、提高产量，为最新802.11ax、蓝牙低功耗和低功耗物联网设备的多站点测试提供了高效而强大的平台。结合日前发布的WLAN测试工具包17.0，NI跨越从实验室到产线的测试，实现对802.11ax的全面覆盖。

软件定义的NI PXI平台  挑战无限测试可能性

NI一直致力于为工程师、科学家提供能够帮助他们提高生产力、加速创新和探索的系统。NI的核心理念便是以软件为中心的平台。通过由高效LabVIEW系统设计软件和模块化PXI硬件组成的业界领先平台，NI正不断挑战无限可能性。NI所服务的行业是多种多样的，包括射频、无线通信、半导体、汽车、消费电子等领域，帮助工程师提高测试、测量和控制系统开发的速度和生产力。

屠方泽谈到，从一个电子产品的诞生说起，技术上创新都是从一个idea，一个灵感中得来，从一个灵感到产品需要走过原型化系统验证、芯片设计、产品设计和产品测试。

灵活可自定义的NI PXI平台，面对现在最新最火热的5G原型设计，也通过软件定义无线电提供了非常好的解决方案，可以进行多个5G关键技术的验证：

图4、5G协议中的关键技术

·  Massive MIMO

通过与隆德大学合作，首次实现100天线Massive MIMO原型化系统，并且在国内和多个科研机构进行合作，包括东南大学、复旦大学、英特尔等多家机构都使用NI Massive MIMO硬件原型化平台，快速原型化他们的先进算法，实现平台型验证。

·  毫米波通信系统

○  信道测量：通过与AT&T的合作，完成毫米波的信道测量，并在测试时间上取得非常大的进展，通过FPGA将测量时间由原来的15分钟降低到150毫秒。

○  硬件原型：包括NOKIA、北京邮电大学、东南大学、上海无线通信中心、Verizon等在内的厂商和研究机构通过NI的PXI平台，快速搭建适合自己的5G研究平台，实现71-76GHz单载波毫米波传输系统和28GHzOFDM毫米波传输系统。

·  新型物理层

将NI LTE应用架构中跟物理层相关的调制，从OFDM改成GFDM，便可快速搭建一个新型的5G平台。通过和NTT Docomo合作，搭建正交多址接入（NOMA）原型系统，实现功率域分配服务多用户的方案。

·  超密集组网

通过NI LTE应用框架，在上层搭载NI原型化平台，实现从物理层到网络层的仿真，做超密集组网的研究。通过密集组网、混合组网实现5G关于网络容量提升1000倍的要求。

总而言之，基于NI PXI的平台不但可以覆盖前期的原型验证，而且可以覆盖中后期实验室的验证以及产线的测试。

最后，屠方泽总结道，智能的设备需要更加智能的测试系统。在智能的无线射频测试系统当中需要有三个关键环节，缺一不可，那就是：开放灵活的软件、模块化的硬件以及充满活力的生态系统。数以千计的公司已经借助采用NI软件定义的平台降低了测试成本，缩短测试时间以及提高测试系统灵活性。NI提供一个完整的生态系统帮助客户取得成功。

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