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

此外，每一次傳送的封包 (frame) ，其中 802.11a/g 規范了同步碼 (preamble) 部分，首先需要先發(fā)射10個(gè)重復的短訓練序列(short training sequence，共8μ second)，后面跟著(zhù)2個(gè)重復的長(cháng)訓練序列(long training sequence，總共也是8μ second)，兩者都是以 BPSK 方式調變。后續的SIGNAL 與 Data 部分(皆為 4μ second)則是以 OFDM/64-QAM 方式調變。Data 的數目為任意，可以由程控。

測試方

測試信號量測

測試系統的任務(wù)是對WLAN電路板的特定位置進(jìn)行基頻的信號測量(圖(一)中的Testing Point)，電路在 Guard Interval (GI) Addition 后分別接出兩組測點(diǎn)I+, I-, Q+, Q-。這兩組信號為 I 與 Q的差分信號 (differential signal)，通過(guò)一組ADI的差分信號轉單端(single end) 輸出的電路，我們將I與Q的信號以單端、兩個(gè)頻道的方式輸入 PXI-9820 Digitizer。PXI-9820 的采樣速率設定為 60MS/s，分辨率為14-bit，觸發(fā)模式設定為 middle trigger。

測試信號產(chǎn)生

發(fā)射端的基頻信號封包frame是由ADLINK 自行開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡信號控制程序產(chǎn)生。程序會(huì )不斷重復的產(chǎn)生傳送frame，每一個(gè)封包的 preamble符號串(symbol sequences，包括兩個(gè)short 和兩個(gè) long symbols) 都是依照 802.11a 規范的訓練符號 (training symbol)依序產(chǎn)生。Data的長(cháng)度與內容為任意，封包與封包的時(shí)間間隔也是任意設定的。在本測試中，Data的長(cháng)度設定在4096±n 個(gè)period，時(shí)間間隔是任意設定。

基頻信號分析

通過(guò)正確的觸發(fā)模式設定，PXI-9820 可以精確地從每一個(gè) frame 的起點(diǎn)開(kāi)始數據采樣，然后將整個(gè) frame 的數據傳送至 PXI-3800 控制器的內存中。通過(guò) PXI-3800 強大的運算能力，所有數據會(huì )進(jìn)行實(shí)時(shí)的演算，并將整個(gè) preamble 與 DATA 的部分進(jìn)行下列計算：(1)將個(gè)別的單端I，Q信號轉變成一個(gè)復數信號(I+Qi，complex signal) (2)針對每個(gè)符號(symbol)，舍棄前16點(diǎn)循環(huán)擴展(Cyclic Extension)的部份，進(jìn)行后64點(diǎn)的FFT計算，總計有2個(gè)短訓練序列與2個(gè)長(cháng)訓練序列的FFT計算，接著(zhù)以BPSK解調變 (3)與步驟2相同，對后續的DATA 的部分進(jìn)行FFT計算，接著(zhù)進(jìn)行64-QAM及星座圖(constellation)計算 (4)計算信號的EVM，作為傳輸品質(zhì)及系統設計的量化參考值。其中EVM 的定義為：

z為測試信號，R為理想信號，M為量測符號數，k為樣本序號

測試結果

最上方綠色的信號為I part，下方的紅色的信號為Q part。仔細觀(guān)察這些信號，最左方規律的部分為preamble (short與 long) 符號串，右方不規律部分為Data。左下方標示“I/Q Vector for PLCP preamble (BPSK)” 為preamble 經(jīng)過(guò)BPSK 編碼之后的結果。 右下方標示“I/Q Vector for Data (64-QAM)” 為Data 經(jīng)過(guò)64-QAM 編碼之后的星座圖。中間標示 “24.237” 為這個(gè)frame 的 EVM 值。處理完這個(gè)封包之后，系統可以立即采集下一個(gè)封包信號進(jìn)行處理。

結語(yǔ)

由本系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程和實(shí)際應用情況可以看出，只要選擇規格適當的高速數據采集卡，搭配功能齊全的計算機，再加上一些研發(fā)人員開(kāi)發(fā)的相關(guān)軟硬件接口，其實(shí)就可以很快速的設計出一套價(jià)格低廉、功能實(shí)用、又可以輕易大量復制的WLAN模塊檢測設備。也許有些讀者會(huì )覺(jué)得，要發(fā)展這些搭配的軟硬件接口會(huì )有一些難度，并且會(huì )花費許多時(shí)間。但是我們的經(jīng)驗發(fā)現，有這種需求的產(chǎn)業(yè)，通常會(huì )有了解規格的研發(fā)人員，只要挑選到規格合適的數據采集卡，最關(guān)鍵的會(huì )是在撰寫(xiě)相關(guān)的信號處理程序上，這正是了解規格的研發(fā)人員的專(zhuān)長(cháng)，所以通常是時(shí)間的問(wèn)題，不是難度的問(wèn)題。到底值不值得這樣做呢? 以本文為例，前端的轉換電路，對稍具經(jīng)驗的硬件工程師來(lái)說(shuō)應該不難。后端的實(shí)時(shí) I-Q 信號分析程序，對網(wǎng)通業(yè)者來(lái)說(shuō)應該是更簡(jiǎn)單?；ú婚L(cháng)的時(shí)間，卻換來(lái)可能讓生產(chǎn)成本大幅降低的機會(huì )。

這樣的系統只要再加強物理層(PHY)無(wú)線(xiàn)數字信號處理算法的功能，就可以用來(lái)驗證發(fā)射端物理層(Tx PHY)的系統設計性能，或是接收端相關(guān)信號處理算法的品質(zhì)。如果再搭配矢量信號發(fā)生器(VSG, Vector Signal Generator) ，那就可以用來(lái)評估發(fā)射-接收端(Tx-Rx)的硬件設計性能，也可以提供給生產(chǎn)線(xiàn)用做產(chǎn)品基頻性能的驗證。當然若再加上上變頻器(UP Converter) 與下變頻器(DOWN Converter)的電路，那就幾乎可以當作一部真正WLAN 相關(guān)產(chǎn)品的測試機臺了。

WLAN廠(chǎng)商(包括芯片設計，系統生產(chǎn))目前面臨著(zhù)非常巨大的商機，但同時(shí)也必須背負著(zhù)龐大的研發(fā)設計驗證和生產(chǎn)測試的設備成本壓力。而放眼未來(lái)新一代的產(chǎn)品，譬如MIMO (Multiple Input, Multiple Output) for WLAN，Ultra Wide Band (UWB)等,雖然規格是WLAN的進(jìn)階或是原理類(lèi)似，但是原有的測試設備卻不見(jiàn)得可以使用在新產(chǎn)品上。到時(shí)是否又必須舍棄掉原有昂貴且數目眾多的驗證和生產(chǎn)測試設備，另外再花費巨資購置新一代的設備? 本文利用高速數據采集卡設計一套WLAN產(chǎn)品檢測系統，除了可明顯縮短開(kāi)發(fā)周期外，并且具有成本低廉、功能可以彈性擴展、容易大量復制給研發(fā)人員及產(chǎn)品線(xiàn)使用和易于升級至下一代產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)相同的概念也可以運用在 TFT-TV,、機頂盒、通訊產(chǎn)業(yè)等。關(guān)鍵在于：只要找到規格適當的數據采集卡，人人都可以制作出成本令人滿(mǎn)意的檢測系統。