無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )基頻發(fā)射拈測試系統

近年來(lái)已有不少公司推出高速數據采集卡 (High Speed Data Acquisition Card), 并且聲稱(chēng)可以應用在軍用雷達信號分析、超聲信號分析、數字廣播信號分析，或是噴墨式墨盒系統測試等各個(gè)方面。仔細觀(guān)察一下這些高速數據采集卡的規格: 20～100 MS/s 的采樣頻率，30～60MHz 的帶寬，可以供多組模擬信號同時(shí)輸入，同時(shí)模擬輸入的范圍可通過(guò)軟件選擇… 等等，的確是有條件可以勝任上述應用，可惜能在報章雜志上見(jiàn)到的應用實(shí)例并不多, 也因此無(wú)法一窺其中的癥結與奧秘?；诖嗽?，本文擬以凌華科技最近推出的PXI-9820 高速數據采集卡為核心，設計一套成本低廉、 功能彈性且適于大量復制的WLAN發(fā)射模塊實(shí)時(shí)誤差向量幅度(real-time Error Vector Magnitude, EVM)測試系統，以期能提供給芯片設計與系統生產(chǎn)廠(chǎng)商另一個(gè)思考方向。

系統構成

該系統共分成三大部份：WLAN發(fā)射模塊、高速數據采集卡及控制器模塊、軟件接口和EVM計算分析軟件模塊。

1. WLAN發(fā)射模塊：

1) 市售無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡(802.11.a) + card bus： WLAN發(fā)射模塊主體。

2) Analog Device Instrument (ADI) 的Evaluation board： 將I+，I–，Q+，Q–差分信號轉為單端輸出電路之I，Q信號。

2. 高速數據采集卡及控制器模塊：

1) ADLINK PXI-3800： Pentium-M 1.6GHz PXI 控制器，實(shí)時(shí)信號處理。

2) ADLINK PXIS-2506： 3U 6-slot PXI 便攜式機箱。

3) ADLINK PXI-9820： 3U PXI 65MS/s，14-bit digitizer with on-board 128MB SDRAM，采集IQ 信號。

3. 軟件接口和EVM計算分析軟件模塊：

1) ADLINK in-house 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡信號控制程序：控制WLAN卡重復的產(chǎn)生傳送封包(frame)并傳送封包。

2) ADLINK in-house 實(shí)時(shí) I-Q 信號分析程序：進(jìn)行離散快速傅利葉轉換，64-QAM，計算EVM等。

PXI-3800控制器執行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡信號控制程序，通過(guò) card bus 使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡不斷的輸出待量測的Tx 信號。因為網(wǎng)卡上的輸出信號為I+，I–，Q+，Q–的差分信號 (differential ended)，但是我們用的信號采集卡為2個(gè)通道(channel)的單端輸入(single ended)，所以需要用一個(gè)轉換電路來(lái)完成差分信號轉換單端輸出，這部份我們用Analog Device Instrument (ADI) 的Evaluation board來(lái)加以實(shí)現。最后將這個(gè)待分析的基頻IQ信號輸入PXI-9820，并以in house 的實(shí)時(shí) I-Q 信號分析程序在PXI-3800上進(jìn)行FFT、 EVM等分析。圖2則為實(shí)際的基頻發(fā)射模塊測試系統。

原理

在 IEEE 802.11a 的規格中定義了如圖3的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )傳送/接收的工作原理，物理層(physical layer，PHY)采用正交頻分復用 (OFDM　Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的技術(shù)，將不同頻率載波中的大量信號合并成單一的信號，完成信號傳送。在發(fā)射端 (Tx, Transmitter)，每個(gè)信號封包(frame)傳送之前先利用反快速傅利葉轉換(IFFT)來(lái)調變傳送的信號;接著(zhù)再利用相位-振幅調變 (IQ modulation，I: in-phase，Q: quadrature) 分別將相位-振幅信號取出;最后用射頻 (RF，Radio Frequency) 電路將信號從基頻(base band) 上變頻到 5G Hz的頻帶再傳送出去。接收端 (Rx，Receiver)則是先將射頻(RF，Radio Frequency)信號降頻到基頻，再分別解調變出 IQ 信號后，利用快速傅利葉轉換(FFT)還原每一個(gè)傳送的信號封包。

為了聚焦本文的主題--高速數據采集卡的應用實(shí)例，我們在WLAN電路與信號處理上做了幾個(gè)簡(jiǎn)化：

(1) 跳過(guò)RF射頻電路，直接采集Base band基頻的信號來(lái)分析。

(2) IQ 解調變電路是以?xún)善珹DI 的Evaluation board來(lái)實(shí)現。

(3) 時(shí)序同步與采樣時(shí)鐘同步等議題并不特別討論。我們在單端的 IQ信號之后定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的閾值(threshold value) ，讓接收端可以在解調子載波前找到符號邊界(symbol boundary)。

(4) 并未實(shí)現細部的信號處理技巧(譬如data descrambler/convolutional encoder/data interleaving/normalize average power/windowing function…)

通過(guò)我們實(shí)際完成的系統效果來(lái)看，上述的簡(jiǎn)化對本文的目的尚可接受。