整合高性能儀器和FPGA,實現(xiàn)最佳WLAN測量

概述

在下一代無線局域網(wǎng)白皮書中已經(jīng)討論了最新的802.11標準存在的一些問題。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(shù)測試工程師發(fā)現(xiàn)使用最佳性能的昂貴盒式儀器的傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法適用于該情況。出現(xiàn)該問題的原因十分簡單：測試工程師急需各種資源，主要包括時間、預算和空間。當前測試工程師已通過各種新技術來縮減預算并減小空間，以及加快測試和開發(fā)時間。NI提供的用戶可編程FPGA儀器可幫助測試工程師解決這些問題。本文章主要討論通過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) 針對802.11ac進行測試的優(yōu)勢。

WLAN測量入門指南

NI PXIe-5644R是業(yè)界首臺矢量信號收發(fā)儀(VST)。該VST的特點是高達80MHz的實時帶寬以及最高至6 GHz的中心頻率。該儀器同時包括可編程FPGA，可用于提高測試速度或實現(xiàn)各種實時算法，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PXI Express插槽，并包括可用于待測設備(DUT)控制類型應用的數(shù)字I/O端口。

軟面板

NI WLAN分析工具包提供的軟面板可通過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(xù)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，以便允許同時存在不同標準。部分其它強制規(guī)范包括：80 MHz帶寬、256-QAM調制、高達8條空間流、多用戶多輸入和多輸出(MIMO)。

當使用最大帶寬160 MHz、8x8 MIMO配置、256-QAM和短保護間隔時，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，平均數(shù)據(jù)率為1.56 Gbit/s。

以下步驟可用于計算下列配置的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)載波(242—8導頻)。符號率計算方式如下：256/80 MHz + 800 ns (GI)。將數(shù)值代入數(shù)據(jù)率公式可得：

多用戶MIMO (MU-MIMO)

MU-MIMO可允許一個終端同時與同一個波段的多個用戶收發(fā)信號。MU-MIMO屬于高級MIMO技術，可利用多個獨立無線電終端以便提高單個終端的通信能力。單用戶MIMO僅考慮使用實際連接至每個單獨接線端的多個天線。

PXI平臺通過背板以及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NI-TLCK技術，可在多個分析儀和發(fā)生器(甚至多個連接機箱)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，可允許在單個機箱中使用多達5個VST以便創(chuàng)建完整的5x5 MIMO系統(tǒng)。通過傳統(tǒng)盒式儀器實現(xiàn)類似系統(tǒng)時將會需要更復雜的線纜和儀器設置。

用戶可編程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為用戶提供了新的可編程FPGA。FPGA可用于以下應用：

· 伺服

· 自動增益控制

· 調制和解調

· FFT和平均

· 通道仿真

傳統(tǒng)盒式儀器將會限制使用諸如FFT和觸發(fā)等算法。對盒式儀器使用的FFT或觸發(fā)進行自定義通常十分困難。類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(jù)需要對儀器進行完全自定義。

獲取最佳EVM值

隨著調制方式越來越復雜，保持高質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(guī)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)界領先的EVM值。

針對所有無線標準和測試設備，可以通過調整軟件和硬件以獲取最佳測量方式。使用NI PXIe-5665 VSA進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?shù)绕渌鼉?yōu)化方式。

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