新技術帶來新挑戰　SDR測試門檻向上提升

SDR包含變數數量使得設計要求更為複雜，也帶來新測試技術的必要性。除了以網路控制操作頻率，更多進階SDR可以控制調變方式、跳頻模式、功率位準、編碼方式及資料速率。透過數位訊號處理(DSP)所產生的動態射頻波形、數位與射頻電路，也同樣產生傳統射頻收發器所無法發現的問題。  

這種累加的複雜性不只形成射頻設計上的挑戰，也改變射頻測試的本質。SDR發射器的效能必須通過比傳統射頻發射器相容性測試更高標準的量測驗證。SDR發射器必須符合絕大多數的系統要求，包括不屬於原有發射器要求組合的部分。更重要的是，這些發射器會發揮既有的智慧與彈性，能夠動態適應目前的條件，這些複雜的軟體控制變化常會造成突波、間歇性干擾、脈衝偏差、數位至射頻的耦合，以及與軟體相關的相位錯誤。

要真正解決這些眾多的新暫態事件，SDR系統設計者必須同時在時域與頻域方面為系統進行全面的分析與特性描述。當系統參數隨時間改變時，可利用DPX迅速發現這些異常的訊號事件以及非線性裝置行為，並即時顯示射頻訊號。為了要立即找出發生的暫態事件，必須執行頻率選擇性觸發，如果要進一步判斷每個問題的特定原因，則是必須執行多域，以及時間關聯分析。而且，能夠將整個事件無縫擷取至記憶體之中，並且對於後續深入分析來說至關重要，這是因為觸發產生條件很難重現。因此，這些隨時間而改變的驗證訊號，可做為效能疑難排除方法，加上傳統的相容性測試，對於有效率的SDR測試十分重要。  

收發器強化訊號關聯互動  

SDR收發器為例(圖1)發射元件可能包括功率放大器、濾波器、混波器、數位/類比轉換器(DAC)、振盪器和DSP電路，其他元件可能包括低雜訊放大器、混波器、類比/數位轉換器(ADC)、振盪器和DSP以及控制電路。

圖1　典型SDR收發器實施方式和測試設定功能圖

驗證一般SDR收發器效能時，須能在發射/接收鏈上的不同測試點之間，建立關聯的整合測試策略。設計者可判斷邏輯電路或類比控制電壓中，是否與頻域違反。另一方面，除了橋接透過進階觸發區分的數位/射頻，即時頻譜分析儀還可分析顯示時域、頻域及調變域中的訊號，所有訊號都相互關聯。  

增加相容性測試複雜度  

SDR測試包含傳統的發射器測試，每一種可行的無線電配置都必須符合傳統規格，對於具有分時雙工或分時多工能力系統，還會有上升時間和下降時間時序要求。對於跳頻系統而言，頻域以及時域規格都可能和跳頻鎖相迴路(PLL)系統相關。不同於傳統的收發器，SDR裝置必須在非常多種的操作模式下通過這些測試，因此增添相容性測試的複雜度。  

此外，調變品質量測也是相容性測試重要的一部分，對於數位調變訊號，這項測試通常包含錯誤向量振幅(EVM)或關聯功率(RHO)量測。此外，支援類比模式的SDR設計，則是還必須通過類比調變相容性測試，而且調變品質同時屬於相容性量測和系統效能問題檢測。EVM不佳則會降低資料傳送速率、語音傳輸的清晰度和傳輸範圍，另外EVM量測還提供深入分析潛在傳輸問題的方法。  

基於這些理由，EVM可說是排除SDR疑難的首要檢查項目。但是僅以通過相容性測試不足以保證SDR能夠適當的運作。而為了網路彈性化，每台SDR裝置則是都必須隨著時間變更重要的操作參數，以符合網路需求。當然，這些變化皆是由控制收發器硬體中的軟體來施行。因此，擁有一個能夠協助擷取射頻突波、暫態以及其他異常事件，以及可使裝置行為隨時間變化的工具極為重要。  

即時頻譜分析儀可提供強大的SDR疑難排除能力，首先，最重要在於實體層發現問題的存在。暫態事件的發生可能十分迅速，即時頻譜分析儀可在隨時間變化的頻域中，提供設計者觀察這些事件的能力。使用者可利用即時頻譜分析儀發現異常的訊號行為，並在時間關聯的時域中觸發、擷取並分析相關的訊號。進行動態訊號特性分析和疑難排除時，不只是需要純粹的相容性測試能力。  

跳頻排除模式測試  

跳頻發生於許多系統中，包括以軟體定義的系統、避免偵測、擁塞和干擾，以及在多路徑與衰減的環境中改善效能。跳頻透過寬頻率範圍延展資訊，這使得系統更加穩定，因為與頻率相關的錯誤，如干擾與衰減，只會造成一部分資料的損失。隨著前向錯誤修正編碼、交錯和Hybrid ARQ重新傳輸等技術的加入，跳頻受干擾時的資料損失可有效率復原。  

除了一般的跳頻時序、頻率穩定延遲時間和振幅穩定延遲量測，在使用即時頻譜分析儀進行跳頻無線電的疑難排除時，還可使用幾項量測。由於跳頻牽涉到頻域、時域和調變域之間的互通性，以關聯方式提供多域顯示能力的即時頻譜分析儀，因此自然成為疑難排除SDR裝置的理想工具。  

其中，圖2顯示藍牙裝置跳頻的數位螢光顯示器，傳統上用於進階示波器的數位螢光顯示技術，已經應用在射頻領域，還可使用在特定的即時頻譜分析儀上，數位螢光技術讓使用者能首度看見活動中射頻訊號，並對射頻訊號行為進行絕佳的深入分析。

圖2　頻距為110MHz數位螢光顯示器顯示2.4GHz ISM頻段。現在的畫面為數位螢光和最大保持(Max Hold)軌跡，也就是能夠看到實際射頻訊號行為表現。

另一方面，圖3顯示的是藍牙訊號，即時頻譜分析儀的頻譜圖(右下角)顯示頻率行為隨時間的變化，可看到這些跳頻有頻譜能量，當跳頻發生時，其中的發射器則是可能受到鄰近的裝置干擾。運用於擷取跳頻的儀器，則是必須擁有頻寬足夠的頻譜，才能擷取到跳頻次序頻寬的大部分區域，以及可能發生在周圍的頻率擾動(Splatter)。

圖3　藍牙跳頻次序，包括(左上角起依順時針方向)頻率與時間，擁有特定時刻之頻譜圖軌跡的頻譜，功率與時間綜覽及110MHz跳頻次序的頻譜。

雖然藍牙不一定會運用軟體無線電執行測試，但可為實施跳頻系統時遇到的難題，提供良好的範例。對大多數的跳頻系統而言，能夠量測每個跳頻十分重要。如藍牙技術規格要求79個跳頻(在通道間隔為1MHz時)全部都在特定數值的75kHz之內，這可確保不同製造商的裝置能夠互通，因為在進行這項量測時，用於量測跳頻的儀器必須能涵蓋整個跳頻範圍。此外，在2.4GHz的ISM頻段案例中，具備110MHz即時頻寬的頻譜分析儀，已經足以涵蓋整個83MHz頻段，也可用於檢查外部頻段的干擾。  

SDR為新興的射頻收發器量測方式，並針對射頻硬體提出更多的要求。為了處理軟體無線電研發過程中出現的複雜度，即時頻譜分析儀受到廣泛的使用，以測試多重作業模式隨時間變化的需求。這些擁有數位螢光顯示器、頻率波罩觸發以及時間關連多域分析能力的儀器，則是進行SDR裝置設計及特性分析時疑難排除的最佳工具。  

(本文作者為太克科技技術協理丁偉凱)