何为矢量信号收发仪(VST)?

在过去的几十年里，软件定义的射频测试系统架构已经成为主流。如今，几乎所有商业现成的（COTS）自动化射频测试系统都使用应用软件通过总线接口与仪器进行通信。射频应用变得越来越为复杂，工程师们正面临增强功能性且不增加测量次数与成本的两难。尽管在测试测量算法、总线速度和CPU速度上的提高减少了测试次数，但仍需要进一步改善以应对不断复杂化的射频测试应用。

在商用现成的射频测试仪器中增加现场可编程门阵列（FPGA）的使用，可以满足对于速度和灵活性的需求。在高层中，FPGA是可编程的硅芯片，可以通过软件开发环境的配置来实现自定义硬件功能。虽然在射频仪器中使用FPGA是一个很好的创举，但通常这些FPGA密闭且功能固定，只能用于特定的目的，允许自定制的范围很小。这正体现了用户可编程的FPGA相较于封闭、固定特性FPGA的显著优势。借助于用户可编程的FPGA，您可以自定制射频仪器直至管脚，让它能够满足您的特定应用需求。

矢量信号收发仪（VST）是一类全新的仪器，它结合了矢量信号分析仪(VSA)、矢量信号发生器(VSG)与基于FPGA的实时信号处理和控制。NI的全球首台VST还拥有用户可编程FPGA，它允许自定义算法直接用于仪器的硬件设计。这种软件设计的方法让VST拥有了软件定义无线电(SDR)架构的灵活性以及射频仪器的高性能。图1（下图）展现了传统射频仪器和VST软件设计方法之间的差异。

图1. VST软件设计方法与传统方法的对比。

NI VST: 基于LabVIEW FPGA和NI RIO构架

NI LabVIEW FPGA模块扩展了LabVIEW系统设计软件，以便在NI可重配置I / O（RIO）硬件上应用FPGA，NI VST便是其中之一。由于LabVIEW能够清楚地表现并行架构和数据流，非常适用于FPGA程序的编写，所以用户不论有没有传统FPGA设计的经验都能高效运用可重新配置硬件的功能。作为系统设计软件，LabVIEW能够混合处理FPGA和微处理器（在PC环境中）上的数据，因而用户无需拥有渊博的计算架构和数据处理知识即可实现 ,这点对于现代通信测试系统的装配尤其重要。

NI VST软件基于强大的LabVIEW FPGA与NI RIO架构，并拥有众多针对客户应用的初始功能，包括应用IP、参考设计、范例和LabVIEW范例项目。这些初始功能包含了所有默认的LabVIEW FPGA特性和预构建的FPGA位文件，以帮助用户快速上手。若没有这些现成的功能，以及高效的LabVIEW、精心设计的应用/固件架构，VST软件设计的特性将会是各类用户不小的挑战，因此正是这些特性将前所未有的高水平定制带向了高端仪器。

改进传统射频测试

NI VST不仅具备快速的测量速度和小巧的生产测试仪器组成结构，同时还拥有研发级箱型仪器的灵活性和高性能。VST因此可以用来测试各种标准，如802.11ac，5.8 GHz下其误差矢量幅度(EVM)优于-45 dB（0.5％）。此外，传输、接收、基带I/ Q以及数字输入输出都拥有共同的用户可编程FPGA，使得VST远远优于传统的箱型仪器。

数据压缩就是一个典型的例子，截取、信道化、平均以及其它自定义算法允许FPGA执行计算强度大的任务。通过减少必要的数据吞吐量和主机上的处理负载，可缩短测量时间且增加平均，给予用户更大的测量信心。其它基于FPGA、用户定义的算法的范例还包括自定制触发、FFT发动机、噪音校正、内联滤波、变时滞、功率级伺服等等。

软件设计仪器，如VST，还可以缩小设计和测试之间的差异，让测试工程师可在设计完成之前集成或验证设计的各个方面，同时允许设计工程师使用仪器级硬件，将他们的算法原型化并在设计早期流程中评估设计。

范例： 基于FPGA的DUT控制和测试序列

除了射频接收器和发送器的基带I/Q数据，PXI VST还具有高速数字I / O，可直接连接到用户可编程的FPGA。这使用户能够执行自定制数字协议，控制待测设备（DUT），大幅减少测试次数。查看图2中的范例。 除此之外，测试序列可在FPGA上执行，允许DUT通过实时测试改变状态和序列。

图 2. VST灵活的数字I / O功能可以控制射频收发器的状态。

范例： 功率放大器测试的功率级伺服

功率放大器（PA）重要的一点是包含预期输出功率，甚至超出其线性工作模式。为了准确地校准PA，其采用了功率级的伺服反馈循环来确定最终的增益。 功率级伺服通过分析仪捕捉当前的电流输出功率，并控制发电机的功率级别，直至获得所需的功率，这是一个相当耗时的过程。 简单来说，它使用比例控制循环，在功率级别上来回摆动，直至输出功率级和所需的汇合。 VST适用于功率级伺服，因为进程可直接在用户可编程FPGA上实现，从而更快地达到所需的输出功率值（见图3）。

图3