整合高性能儀器和FPGA,實(shí)現最佳WLAN測量

概述

在下一代無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)白皮書(shū)中已經(jīng)討論了最新的802.11標準存在的一些問(wèn)題。眾所周知，測試工程師都想盡快找到測試該標準的測試設備。大多數測試工程師發(fā)現使用最佳性能的昂貴盒式儀器的傳統方法已經(jīng)無(wú)法適用于該情況。出現該問(wèn)題的原因十分簡(jiǎn)單：測試工程師急需各種資源，主要包括時(shí)間、預算和空間。當前測試工程師已通過(guò)各種新技術(shù)來(lái)縮減預算并減小空間，以及加快測試和開(kāi)發(fā)時(shí)間。NI提供的用戶(hù)可編程FPGA儀器可幫助測試工程師解決這些問(wèn)題。本文章主要討論通過(guò)現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA) 針對802.11ac進(jìn)行測試的優(yōu)勢。

WLAN測量入門(mén)指南

NI PXIe-5644R是業(yè)界首臺矢量信號收發(fā)儀(VST)。該VST的特點(diǎn)是高達80MHz的實(shí)時(shí)帶寬以及最高至6 GHz的中心頻率。該儀器同時(shí)包括可編程FPGA，可用于提高測試速度或實(shí)現各種實(shí)時(shí)算法，如快速傅立葉變換(FFT)、功率控制以及調制或解調等。完整的WLAN測試儀器的寬度為三個(gè)PXI Express插槽，并包括可用于待測設備(DUT)控制類(lèi)型應用的數字I/O端口。

軟面板

NI WLAN分析工具包提供的軟面板可通過(guò)NI PXIe-5644R使用快速生成或采集功能。該分析軟面板可用于調制或頻譜測量。通過(guò)軟面板和多達4臺NI PXIe-5644R也可獲得4x4 MIMO配置。

802.11ac可支持5 GHz波段并強制包括20、40和80 MHz帶寬。支持160 MHz當前為可選項?？蛇x項還包括非連續80+80 MHz TX和RX帶寬。

IEEE草案要求802.11ac標準可向后兼容802.11a和802.11n的5 GHz波段，以便允許同時(shí)存在不同標準。部分其它強制規范包括：80 MHz帶寬、256-QAM調制、高達8條空間流、多用戶(hù)多輸入和多輸出(MIMO)。

當使用最大帶寬160 MHz、8x8 MIMO配置、256-QAM和短保護間隔時(shí)，802.11ac理論上可獲得最大6.93 Gbit/s。當使用80 MHz帶寬、4 tx通道以及256-QAM調制時(shí)，平均數據率為1.56 Gbit/s。

以下步驟可用于計算下列配置的數據率：80 MHz帶寬、帶800 ns保護間隔的64-QAM信號以及一條空間流?；旧嫌?34數據載波(242—8導頻)。符號率計算方式如下：256/80 MHz + 800 ns (GI)。將數值代入數據率公式可得：

多用戶(hù)MIMO (MU-MIMO)

MU-MIMO可允許一個(gè)終端同時(shí)與同一個(gè)波段的多個(gè)用戶(hù)收發(fā)信號。MU-MIMO屬于高級MIMO技術(shù)，可利用多個(gè)獨立無(wú)線(xiàn)電終端以便提高單個(gè)終端的通信能力。單用戶(hù)MIMO僅考慮使用實(shí)際連接至每個(gè)單獨接線(xiàn)端的多個(gè)天線(xiàn)。

PXI平臺通過(guò)背板以及NI PXI儀器中嵌入的同步和內存核心(SMC)芯片可提供同步能力，使得該PXI平臺尤其適用于MIMO。通過(guò)NI-TLCK技術(shù)，可在多個(gè)分析儀和發(fā)生器(甚至多個(gè)連接機箱)間獲得高達0.1相位偏移度。

此外新的NI PXIe-5644R VST提供更小尺寸，可允許在單個(gè)機箱中使用多達5個(gè)VST以便創(chuàng )建完整的5x5 MIMO系統。通過(guò)傳統盒式儀器實(shí)現類(lèi)似系統時(shí)將會(huì )需要更復雜的線(xiàn)纜和儀器設置。

用戶(hù)可編程FPGA的優(yōu)勢

雖然在射頻儀器中使用FPGA并不是新概念，但NI PXIe-5644R為用戶(hù)提供了新的可編程FPGA。FPGA可用于以下應用：

· 伺服

· 自動(dòng)增益控制

· 調制和解調

· FFT和平均

· 通道仿真

傳統盒式儀器將會(huì )限制使用諸如FFT和觸發(fā)等算法。對盒式儀器使用的FFT或觸發(fā)進(jìn)行自定義通常十分困難。類(lèi)似于在手機上自定義各種應用，新的基于軟件的儀器可允許工程師根據需要對儀器進(jìn)行完全自定義。

獲取最佳EVM值

隨著(zhù)調制方式越來(lái)越復雜，保持高質(zhì)量的信號變得更加重要。表1顯示了802.11ac中不同調制方式的RMS EVM要求。

測試設備通常需提供比規范要求(如-32 dB用于256 QAM)高至少10 dB的測量能力，從而提供足夠的空間用于特征和產(chǎn)品測試。如圖7所示，NI PXIe-5644R可提供業(yè)界領(lǐng)先的EVM值。

針對所有無(wú)線(xiàn)標準和測試設備，可以通過(guò)調整軟件和硬件以獲取最佳測量方式。使用NI PXIe-5665 VSA進(jìn)行相鄰通道失真測量中討論了可用于信號分析儀的部分硬件優(yōu)化。

下面將討論諸如相位跟蹤、通道跟蹤、正交偏移補償等其它優(yōu)化方式。

注： 以下圖片均使用通過(guò)NI PXIe-5644R環(huán)回模式生成和采集的80 MHz、MCS 9 802.11ac信號。