【導讀】無線局域網（WLAN）技術最近勢頭正猛，WLAN技術也越來越廣泛地應用到更多的消費類設備中，本文主要分享給大家的是專家關于針對無線測試的幾種并行測試架構探討。
近幾年來發(fā)展最為迅猛的一項技術是無線局域網（WLAN）技術。盡管這項技術最初由于筆記本電腦、智能手機和平板電腦等個人設備的普及而得到快速發(fā)展，但市場調查表明這一發(fā)展勢頭仍將保持迅猛，因為WLAN技術越來越廣泛地應用到更多的消費類設備中，這一個生態(tài)系統(tǒng)也被擴展使用到“物聯(lián)網”中。
不僅是WLAN服務需要得到更廣泛的應用，802.11ac等新標準也將為設備提供所需的帶寬來滿足視頻流等更高級的應用。對于設備制造商而言，這意味著測試方法也需要與時俱進才能應對制造需求的快速增長，而且需要在維持相同質量水平的同時降低成本。如果采用多待測設備（DUT）測試架構，企業(yè)將可大幅縮短實現(xiàn)這些目標所需的時間。
I.WLAN設備的生產測試
過去，WLAN生產測試方法通常是通過連接一個運行良好的設備（也稱為“黃金樣本”）和功率計來測量數(shù)據(jù)吞吐量和驗證信號電平。近幾年來，企業(yè)越來越多地采用更先進的發(fā)射和接收測試來進行誤差矢量幅度（EVM）、頻譜掩模、發(fā)射功率、分組錯誤率（PER）和接收機靈敏度等測量。這種新測試方法的實現(xiàn)是基于WLAN芯片組供應商為客戶提供了所需的軟件來控制嵌入到設備中的芯片。通過直接控制待測設備而無需與設備進行無線通信，測試廠商和最終用戶可在拓寬測試覆蓋范圍的同時更快速開發(fā)應用。
A.信令
在傳統(tǒng)的信令測試中，對于WLAN測試，測試系統(tǒng)通常用于模擬無線接入點，而對于蜂窩測試，測試系統(tǒng)則用于模擬基站。信令測試的優(yōu)勢是既可測試標準物理（PHY）層，又可測試媒體訪問控制（MAC）協(xié)議層。通過模擬無線接入點來測試MAC層對設計和驗證過程非常有用，但在生產測試中這一功能通常是不必要的。此外，信令測試需要在測試系統(tǒng)上實現(xiàn)一個完整的協(xié)議棧，而且速度比非信令測試要慢得多，因為信令測試是用于真正的網絡運行，而不是用于極其快速的生產測試。相反，非信令測試針對生產應用優(yōu)化了速度，使待測設備可快速完成功率電平、帶寬、通道或頻率以及調制方案等參數(shù)測試[1]，從而幫助設備制造商拓寬測試覆蓋范圍，而且不會延長測試時間。有利當然也有弊——非信令測試的主要缺點是芯片供應商的DUT控制需要進行額外的前期開發(fā)。
B.WLAN非信令測試框架
典型的非信令WLAN測試系統(tǒng)通過一個主機進行控制，主機運行的測試執(zhí)行程序可讀取文件的測試矢量和測量設置、運行所需的測試，并將結果寫入日志文件或數(shù)據(jù)庫。測試執(zhí)行程序調用應用程序編程接口（API）來控制測試儀器，這些測試儀器通常包括一個或多個矢量信號分析儀、矢量信號發(fā)生器或者矢量信號收發(fā)儀。此外，測試執(zhí)行程序還通過調用WLAN測量算法來對所采集的數(shù)據(jù)進行測量。
非信令測試還要求主機具有芯片組供應商提供的芯片組控制庫才能在非信令模式下控制DUT。圖1顯示了這些組件如何構成一個典型的WLAN非信令測試框架。
圖1：典型的WLAN非信令測試框架
II.多DUT測試可提高測試吞吐量
盡管近幾年來設備制造商普遍采用非信令測試來大幅縮短測試時間，但是更復雜的新無線技術的出現(xiàn)以及產品周期的不斷縮短進一步增加了減少測試時間和成本的壓力。例如，802.11ac通過增加新的數(shù)據(jù)速率、帶寬以及空間流擴展了802.11n。隨著設備制造商將802.11ac應用到產品中，他們不僅需要測試這個新標準，而且為了保持向后兼容性，還需要繼續(xù)測試以前的標準。
此類因素顯著增加了測試時間，繼而增加了測試成本。新的解決方案是芯片組供應商、測試廠商以及最終用戶通過并行測試多臺設備來最大限度提高效率，這一方法也稱為“多DUT”測試。通過利用最新的多DUT測試軟硬件架構，設備制造商可以顯著增加他們的生產測試吞吐量而不會增加測試成本。這里來研究和比較各種多DUT測試方案，其中圖2所示的方案是使用一個VSA+VSG或VST通過一個開關矩陣來測試4個DUT。
圖2：多DUT硬件配置范例
這里基于這一測試配置來討論不同的方法。為了比較這些方法，此處將一個典型的WLAN測試分成以下幾個常見的步驟，并規(guī)定了它們的相對時間單位，如表1所示。
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表1，WLAN測試的常見組成元素
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這些步驟中耗時最長的是與待測設備進行通信來實現(xiàn)正確運行模式所需的時間。取決于DUT和測試計劃，DUT控制時間可占總測試時間的45％~90％。因此，如果要開發(fā)一個具有最低總測試成本的測試系統(tǒng)，則該系統(tǒng)必須具有低的測試設備成本，同時使測試設備的待機時間降到最低。
C.串行測試
在傳統(tǒng)的測試計劃中，設備通過一個由夾具和射頻儀器支持的測試站進行串行測試。測試順序與圖3中所示的時間框圖相似。此類測試應用的主要優(yōu)勢是非常易于實現(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制，從而導致所有DUT啟動期間RF儀器均處于待機狀態(tài)。
圖3：串行測試時間框圖
D.流水線
利用多線程并行軟件架構和外部開關電路，已經完成啟動的DUT在執(zhí)行TX和RX測試時，并行軟件線程可控驅動下一個DUT的啟動過程，從而實現(xiàn)測試的流水線執(zhí)行。這種方法減少了儀器的停機時間，縮短了高達35％的測試時間，如圖4所示。
圖4：流水線測試的時間框圖
E.并行RX測試
另一種減少測試時間的方法是通過向多個DUT發(fā)送相同的波形來同時執(zhí)行多個RX測試。通過將每個DUT分配到相應的軟件線程，所有DUT均可同時啟動。使用如圖5所示的技術，多DUT的測試時間相比流水線測試可減少25%，相比串行測試設備可減少超過50％。
圖5：并行RX測試時間框圖
F.其他多DUT測試方法
流水線和并行RX測試僅僅只是兩個例子來說明如何提高WLAN制造測試的吞吐量而無需添加額外測試設備。由于測試軟件變得日益復雜且設備控制驅動程序針對測試不斷進行優(yōu)化，新的測試方法將繼續(xù)涌現(xiàn)以幫助設備制造商不斷提高測試吞吐量，降低測試成本，同時跟上未來無線技術發(fā)展的步伐。
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III.多DUT制造測試方法
選擇用于并行多DUT WLAN生產測試的測試設備時，必須確保所選的設備采用了最新的商業(yè)現(xiàn)成可用（COTS）技術，以在最大程度提高當前吞吐量的同時，獲得針對未來需求的可擴展性，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，到用于管理并行測試的多線程軟件架構。
A.多核處理器和儀器數(shù)據(jù)總線
通常RF測試系統(tǒng)中最昂貴的部件是用于生成和接收RF信號的電路。許多其它組件，如存儲器、硬盤驅動器和CPU處理器常見于個人計算機，因此產品生命周期較短且非常廉價。選擇測試系統(tǒng)時，還需要確保該系統(tǒng)易于根據(jù)市場上出現(xiàn)的新COTS進行升級。
PXI是一種基于PC的堅固測試平臺，提供了用于測量和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本部署解決方案，包括無線產品生產測試。PXI結合了PCI Express的電氣總線特性與堅固的機械封裝，并增加了用于制造測試的專用同步總線和主要軟件特性。這種強大的組合為設備制造商測試提供了目前市場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，它顯著地降低了測試時間。PXI的另一個優(yōu)勢是嵌入式計算機，通常也稱為PXI嵌入式控制器，其在緊湊的外形結構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)新技術時以相對低的成本升級整個無線測試系統(tǒng)。
圖6：NI PXI Express機箱包含射頻分析儀和發(fā)生器、矢量網絡分析儀、開關、電源和嵌入式計算機
B.多線程軟件架構
正如本文前面例子中所提到的測試方法，在選擇大規(guī)模多DUT無線制造的測試系統(tǒng)時，系統(tǒng)的軟件架構必須具有多線程且可進行并行測試。NI LabVIEW是一種具有內在并行機制的圖形化編程語言，非常適用于多DUT制造測試。相對于順序語言，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行的信息。
圖7：作為一種固有的多線程編程語言，NI LabVIEW是大規(guī)模多DUT制造測試的理想之選
C.理想的多DUT WLAN測試系統(tǒng)
PXI平臺的靈活性和可擴展性以及NI LabVIEW的固有并行機制為多DUT WLAN制造測試提供了一個革命性的新工具。NI PXIe-5646R矢量信號收發(fā)儀（VST）具有高達6GHz的頻率覆蓋范圍和高達200MHz的RF帶寬，使其不僅成為測試802.11ac等最新WLAN標準的理想儀器，而且也非常適用于極具挑戰(zhàn)性的未來標準（如LTE-Advanced載波聚合等）的測量。
當搭配PXI平臺和基于NI LabVIEW的NI WLAN測量套件軟件的多種開關功能時，NI矢量信號收發(fā)儀就成為大規(guī)模多DUT制造測試的理想儀器。此外，NI矢量信號收發(fā)儀還可測試許多其它無線標準，包括藍牙、NFC、GPS/GNSS、2G/3G蜂窩和LTE等，常常具有業(yè)界領先的性能和測試時間[2]。
圖8：一個完整的WLAN測試系統(tǒng)由一個NI矢量信號收發(fā)儀與NI WLAN測量套件軟件組成
