Author(s):
Lance Butler - B & B Technologies, an NTS Division

Industry:
Research

Products:
RF, PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:
開發成本效益高的便攜式系統，在指定時間以各種頻率、功率、及調制方式發送射頻調制信號。

The Solution:
　　能夠生成不同參數的射頻信號，并通過各種信號通道精確定時發送，采用LabVIEW及NI PXI-5671實現靈活的信號發生；采用NI PXI-5660實現信號分析及驗證。

　　"開放標準的PXI總線允許加入不同供應商的產品，實現GPS時同步及簡單射頻功率測量等特性。"

　　用戶要求系統能在靈活可控的環境下傳輸各類射頻信號。我們決定在方案中采用NI PXI 平臺，實現最小化成本和體積，同時最大化性能和靈活性。方案包括了3 個系統：現場工作的便攜式系統、主測試固定系統、及備用系統，作為固定系統故障時的備用。

　　有效載荷波形由單獨的自定義應用設計，可用AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK或QAM等方式調制。通過編寫腳本在特定時間以指定時長發送調制波形。腳本允許用戶定義任何形式的循環，包括迭代或基于時間循環、頻率步進、功率步進等。腳本同時支持多載荷波形。除載荷波形外，在腳本每次步進時發送頭波形以提供GPS時戳或其它參數。

測試
　　開始測試后，用戶首先運行基于NI LabVIEW的波形生成器以AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK 或QAM 方式調制給定信號。該軟件可在任何PC 上運行，結果文件送到系統中。

　　隨后系統在主應用中設計腳本，確定波形選取、波形頻率、使用功率及步長的時間間隔。例如，一個典型腳本調用波形A（FSK調制），在10 至70 MHz 的頻率范圍內以10 MHz 為步長遞增，傳輸延時為30 毫秒，每個循環傳輸功率在100 至500 W 間，以100W 為步長。之后整個腳本重復應用于波形B（FSK 調制）。

　　然后用戶在LabVIEW隊列中運行腳本，將波形加載到NI PXI-5671上，并設置為由GPS 卡觸發。通過GPS 卡在適當時刻加載發起每次傳輸。利用GPS 定時可實現高精度的傳輸啟動。

診斷及其它特性
　　信號診斷被集成在系統中，通過NI PXI-5660 提供偽實時FFT 進行數據傳輸，兩塊ZTEC ZT002 卡提供前向及反射功率測量。診斷腳本定義了系統基線，測量各頻率下的功率及電壓駐波比（VSWR）。定期系統檢查并與基線比較，確保所有系統器件正常工作。整個頻率范圍的功率輸出可在功率校正模式下校正。

　　任意給定傳輸下，軟件根據頻率選擇12 種天線之一。射頻中繼實現天線切換，并由NI PXI-6527數字I/O 模塊控制。NI PXI-2565 控制信號通路在虛載荷下進入基線及校正模式。
用戶在手動模式下獨立操作每個儀器，在R&D 模式下測試系統各方面性能。該特性結合信號診斷及Windows XP 遠程桌面提供的遠程接入，用戶可在數百英里遠可靠地操作系統。通過時刻表功能，用戶還能定制未來腳本時刻表，實現系統無人操作。這樣用戶就能事先遠程設定未來數月的測試安排。

　　系統安全及用戶監測由兩個層次分別支持。標準安全測量，如Internet 防火墻及Windows XP 賬戶，作為第一層次。LabVIEW登陸系統需要用戶分別登陸，作為第二層次。三個用戶安全等級為不同用戶提供不同功能性。系統在用戶處于非活動狀態一定時間后自動登出，但系統中的腳本繼續運行。

　　由于系統是任務關鍵的，所以系統中包含了備用電源及備用系統。電源失效時系統自動在備用電源間切換，包括太陽能、電池、發電機。備用系統是同樣的PXI 系統，主系統出現問題時，用戶可簡單地通過把天線電纜插到另一臺機架上實現系統切換。

PXI 射頻平臺
　　系統的初步設計采用Agilent 機架堆疊設備，而非NI PXI 平臺。轉換成PXI 平臺后，系統體積從需要拖車運送縮小到可手提通過機場安檢。節省下的成本（售出Agilent 設備后）支付第三個完整系統仍有余。此外，PXI 平臺下能添加更多高級腳本，由GPS 卡驅動信號發生器，獲得極大的性能優勢。

　　我們采用NI 的PXI 平臺及射頻設備設計實現了幾年前幾乎不可實現的系統。開放標準的PXI 總線允許加入不同供應商的產品，實現GPS 時同步及簡單射頻功率測量等特性。

LabVIEW 的靈活性及功能性與PXI 結合
　　在需要校驗發送信號的系統開發中，該項目是從LabVIEW 及PXI產品中獲益的典范。無需額外硬件進行信號解調及分析。用戶認為需要采用射頻SA 代替舊的Agilent 機架堆疊式譜分析儀來做射頻譜分析，但我們指出射頻SA 是NI 的射頻信號分析器，比一般頻譜分析儀具有更多功能。

　　NI PXI 射頻SA 進行信號解調及解碼時，只需通過NI 調制工具箱寫簡單的LabVIEW 程序。我們的用戶對此非常驚訝，與舊的Agilent 設備相比，PXI 射頻SA 不但體積小，價格低，同時還更靈活。將射頻SA與LabVIEW及調制工具箱結合，我們的設計超越了用戶對分析要求的預期。

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