無線局域網(wǎng)絡基頻發(fā)射模塊測試系統(tǒng)介紹

　　測試系統(tǒng)的任務是對WLAN電路板的特定位置進行基頻的信號測量(圖(一)中的Testing Point)，電路在 Guard Interval (GI) Addition 后分別接出兩組測點I+, I-, Q+, Q-。這兩組信號為 I 與 Q的差分信號 (differential signal)，通過一組ADI的差分信號轉(zhuǎn)單端(single end) 輸出的電路，我們將I與Q的信號以單端、兩個頻道的方式輸入 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 自行開發(fā)的無線網(wǎng)卡信號控制程序產(chǎn)生。程序會不斷重復的產(chǎn)生傳送frame，每一個封包的 preamble符號串(symbol sequences，包括兩個short 和兩個 long symbols) 都是依照 802.11a 規(guī)范的訓練符號 (training symbol)依序產(chǎn)生。Data的長度與內(nèi)容為任意，封包與封包的時間間隔也是任意設定的。在本測試中，Data的長度設定在4096±n 個period，時間間隔是任意設定。

　　基頻信號分析

　　通過正確的觸發(fā)模式設定，PXI-9820 可以精確地從每一個 frame 的起點開始數(shù)據(jù)采樣，然后將整個 frame 的數(shù)據(jù)傳送至 PXI-3800 控制器的內(nèi)存中。通過 PXI-3800 強大的運算能力，所有數(shù)據(jù)會進行實時的演算，并將整個 preamble 與 DATA 的部分進行下列計算：(1)將個別的單端I，Q信號轉(zhuǎn)變成一個復數(shù)信號(I+Qi，complex signal) (2)針對每個符號(symbol)，舍棄前16點循環(huán)擴展(Cyclic Extension)的部份，進行后64點的FFT計算，總計有2個短訓練序列與2個長訓練序列的FFT計算，接著以BPSK解調(diào)變 (3)與步驟2相同，對后續(xù)的DATA 的部分進行FFT計算，接著進行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(tǒng)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(shù)，k為樣本序號

　　測試結(jié)果

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

　　結(jié)語

　　由本系統(tǒng)的開發(fā)過程和實際應用情況可以看出，只要選擇規(guī)格適當?shù)母咚贁?shù)據(jù)采集卡，搭配功能齊全的計算機，再加上一些研發(fā)人員開發(fā)的相關軟硬件接口，其實就可以很快速的設計出一套價格低廉、功能實用、又可以輕易大量復制的WLAN模塊檢測設備。也許有些讀者會覺得，要發(fā)展這些搭配的軟硬件接口會有一些難度，并且會花費許多時間。但是我們的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，有這種需求的產(chǎn)業(yè)，通常會有了解規(guī)格的研發(fā)人員，只要挑選到規(guī)格合適的數(shù)據(jù)采集卡，最關鍵的會是在撰寫相關的信號處理程序上，這正是了解規(guī)格的研發(fā)人員的專長，所以通常是時間的問題，不是難度的問題。到底值不值得這樣做呢? 以本文為例，前端的轉(zhuǎn)換電路，對稍具經(jīng)驗的硬件工程師來說應該不難。后端的實時 I-Q 信號分析程序，對網(wǎng)通業(yè)者來說應該是更簡單?；ú婚L的時間，卻換來可能讓生產(chǎn)成本大幅降低的機會。

　　這樣的系統(tǒng)只要再加強物理層(PHY)無線數(shù)字信號處理算法的功能，就可以用來驗證發(fā)射端物理層(Tx PHY)的系統(tǒng)設計性能，或是接收端相關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 相關產(chǎn)品的測試機臺了。

　　WLAN廠商(包括芯片設計，系統(tǒng)生產(chǎn))目前面臨著非常巨大的商機，但同時也必須背負著龐大的研發(fā)設計驗證和生產(chǎn)測試的設備成本壓力。 而放眼未來新一代的產(chǎn)品，譬如MIMO (Multiple Input, Multiple Output) for WLAN，Ultra Wide Band (UWB)等,雖然規(guī)格是WLAN的進階或是原理類似，但是原有的測試設備卻不見得可以使用在新產(chǎn)品上。到時是否又必須舍棄掉原有昂貴且數(shù)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(shù)據(jù)采集卡設計一套WLAN產(chǎn)品檢測系統(tǒng)，除了可明顯縮短開發(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)品線使用和易于升級至下一代產(chǎn)品等優(yōu)點。其實相同的概念也可以運用在 TFT-TV,、機頂盒、通訊產(chǎn)業(yè)等。關鍵在于：只要找到規(guī)格適當?shù)臄?shù)據(jù)采集卡，人人都可以制作出成本令人滿意的檢測系統(tǒng)。