过去几10年来，软体定义的射频(RF)测试系统架构愈来愈热门。现在几乎每一个商用现成(Commercial Off The Shelf, COTS)自动化RF测试系统都采用应用软体，以便透过汇流排介面来衔接仪器。随着RF应用渐趋复杂，工程师也难免遇到更多挑战，也就是功能需求越来越高，但测试时间与成本却无法成正比增加。虽然测试量测演算法、汇流排速度与中央处理器(CPU)速度等方面的进步有助于缩短测试时间，但还是必须深入改良量测仪器，才能解决RF测试应用越来越复杂的问题。
为满足速度与弹性需求，COTS RF测试仪器提高了现场可编程闸阵列(FPGA)的使用率。一般而言，FPGA是可编程的晶片，使用者可以自行设定，透过软体开发环境加入客制化的硬体功能。虽然将FPGA用于RF仪器算是令人耳目一新的创举，但通常这些FPGA仅具有特殊用途的固定功能，开放客制化的空间不大。就这一点而言，使用者可设定功能的FPGA，明显胜过封闭式的固定功能FPGA。有了可设定功能的FPGA，使用者即可客制RF测试仪器，进而满足特定的应用需求。
VST补强传统RF测试需求
向量讯号收发器(VST)是业界新型仪器，结合向量讯号产生器(VSG)与向量讯号分析器(VSA)，再搭配FPGA架构的即时讯号处理与控制功能。使用者可利用可设定功能的FPGA，将客制运算式直接加入仪器的硬体设计。这样的软体设计方式可让VST同时兼具软体定义无线电(Software Defined Radio, SDR)架构的弹性，以及RF仪器等级的效能。
以美商国家仪器(NI)的VST为例，其采用labview FPGA与NI可重设输入/输出(RIO)架构。美商国家仪器LabVIEW FPGA模组沿用LabVIEW系统设计软体，适合搭配美商国家仪器RIO硬体的FPGA。LabVIEW适用于设计FPGA程式，并可清楚呈现平行机制与资料流;无论使用者是否熟悉传统的FPGA设计，都能有效运用可重设硬体的理想效能。LabVIEW属于一种系统设计软体，其中一项特殊功能就是可以混合FPGA与微处理器的处理作业(于个人电脑(PC)环境中)，使用者完全不需要运算架构与资料操作方面的知识，这对整合现代的通讯测试系统而言至关重要。
美商国家仪器VST软体采用LabVIEW FPGA与RIO架构，使用者可以从多个项目着手设计专属量测仪器，例如应用程式矽智财(IP)、参考设计、范例、LabVIEW范例专案等。这些项目全都配备预设的LabVIEW FPGA功能，以及内建的FPGA Bitfile，有助于使用者即早开始启用系统。如果没有这些现成功能，也没有LabVIEW的生产效能，或是其他的应用程式/韧体架构的话，各类型的使用者都会难以驾驭VST的软体设计特性。但只要有了这些功能，使用者即可充分运用高阶仪器的客制化功能。
VST的量测速度不仅够快，而且生产测试箱的体积小巧，同时还能满足仪器级箱型仪器的弹性与高效能需求，因此VST可测试无线区域网路(Wi-Fi)802.11ac等标准，以5.8GHz的速率执行时错误向量幅度(EVM)，可优于-45dB。此外，传输、接收、基频I/Q与数位输入与输出等作业全都共用同一个使用者可设定功能的FPGA，所以VST的效能是传统箱型仪器望尘莫及的。
资料缩减就是一个非常明显的例子，因为抽样、通道化、平均与其他客制化运算式都有助于FPGA执行高运算需求的工作。随着必要的资料传输率与主机处理负荷减少，测试时间也会跟着缩短，同时还能加强平均精确度，协助使用者有效控制量测作业。其他使用者可定义的FPGA架构运算式还包含客制化触发、快速傅利叶转换(FFT)引擎、杂讯修正、行内滤波、可变延迟、功率伺服等丰富项目。 VST软体设计仪器有助于衔接设计与测试作业，因为测试工程师得以在完工前整合或验证设计样式，而设计工程师可使用仪器硬体来制作运算式原型，及早在设计阶段评估自己的作品。
FPGA执行测试序列 缩短量测时间
除RF接收器与传输器的基频I/Q资料外，PXI VST还配备高速数位I/O，并已直接连接至使用者可设定功能的FPGA。如此一来，只要采用客制化数位通讯协定来控制待测装置(DUT)，就可以大幅缩短测试时间(图1)。除此之外，FPGA还可执行测试序列，以便待测装置在测试过程中即时改变状态与序列。
图1 VST的高弹性数位I/O功能可控制RF接收器的状态。
VST用于PA测试的功率伺服功能
功率放大器(PA)必须达到预定的输出功率，就算不是线性操作模式也一样。如要精确校准功率放大器，就必须使用功率伺服反馈回路来判断最终所增加的功率。功率伺服可透过分析器来撷取目前的输出功率，并控制产生器的功率直到所要的功率为止，但如此一来可能得耗费许多时间。简言之，功率伺服会运用比例控制回路在不同的功率强度间来回摆荡，直到输出功率的强度趋向所需的功率并且会合为止。VST非常适合用于功率伺服，因为这项作业可直接纳入使用者可设定功能的FPGA，以便更快达到所需的输出功率(图2)。
图2 进行PA测试时如将VST用于功率伺服，即可更快达到所需的输出功率。
其他RF应用
VST不只是既快速又灵活的向量讯号分析器兼向量讯号产生器而已;RF接收器、RF传输器，加上使用者可设定功能的FPGA都能大幅提升VST的功能，突破传统的向量讯号分析器/向量讯号产生器范畴。举例来说，使用者可以全面重新设计VST，以便针对其他RF应用来执行复杂的处理程序，例如制作全新的RF通讯协定原型、安装软体定义无线电、通道模拟等。
适用于MIMO RF讯号的无线电通道模拟器
近年来，多重输入/输出(MIMO)RF技术日新月异，行动电话与无线标准方面的成长更是突飞猛进。除此之外，RF调变方式渐趋复杂，RF频宽也逐渐增加，而且无线电频谱也越来越密集。随着科技日新月异，工程师不仅要在静态环境中测试无线装置，也要能够掌握这些装置在真实动态环境中的效能。
无线电通道模拟器可用来测试真实环境中的无线通讯。衰减模型可用于模拟空气干扰、反射、移动中的使用者，以及其他可能会在实际无线电环境中干扰RF讯号的自然现象。只要在FPGA设定这些数学衰减模型，VST即可采用即时无线电通道模拟器。
软体设计仪器提供无限可能
VST属于软体设计的新品种仪器，其功能仅受限于使用者的应用需求，而非供应商所决定的仪器功能。随着RF待测装置越来越复杂，上市需求的难度也与日俱增，这类仪器可将功能控制权交回RF设计人员与测试工程师手上。本文所述的范例仅能粗浅解释VST的实际用途。如果要回答「什么是向量讯号收发器?」这个问题，必须先解决另一个问题有待解决的RF量测与控制问题为何?透过精确的RF传输器、RF接收器，以及连接至使用者可设定功能的FPGA之数位输入/输出(I/O)集结而成的出色弹性，VST就越有可能解决上述挑战。
