無線局域網(wǎng)絡(luò)基頻發(fā)射模塊測試系統(tǒng)

　　測試系統(tǒng)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(gè)頻道的方式輸入 PXI-9820 Digitizer。PXI-9820 的采樣速率設(shè)定為 60MS/s，分辨率為14-bit，觸發(fā)模式設(shè)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(fù)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(guī)范的訓(xùn)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(shí)間間隔也是任意設(shè)定的。在本測試中，Data的長度設(shè)定在4096±n 個(gè)period，時(shí)間間隔是任意設(shè)定。

　　基頻信號分析

　　通過正確的觸發(fā)模式設(shè)定，PXI-9820 可以精確地從每一個(gè) frame 的起點(diǎn)開始數(shù)據(jù)采樣，然后將整個(gè) frame 的數(shù)據(jù)傳送至 PXI-3800 控制器的內(nèi)存中。通過 PXI-3800 強(qiáng)大的運(yùn)算能力，所有數(shù)據(jù)會進(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(jì)算：(1)將個(gè)別的單端I，Q信號轉(zhuǎn)變成一個(gè)復(fù)數(shù)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(kuò)展(Cyclic Extension)的部份，進(jìn)行后64點(diǎn)的FFT計(jì)算，總計(jì)有2個(gè)短訓(xùn)練序列與2個(gè)長訓(xùn)練序列的FFT計(jì)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(jìn)行FFT計(jì)算，接著進(jìn)行64-QAM及星座圖(constellation)計(jì)算 (4)計(jì)算信號的EVM，作為傳輸品質(zhì)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xì)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(biāo)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(biāo)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(biāo)示 “24.237” 為這個(gè)frame 的 EVM 值。處理完這個(gè)封包之后，系統(tǒng)可以立即采集下一個(gè)封包信號進(jìn)行處理。

　　結(jié)語

　　由本系統(tǒng)的開發(fā)過程和實(shí)際應(yīng)用情況可以看出，只要選擇規(guī)格適當(dāng)?shù)母咚贁?shù)據(jù)采集卡，搭配功能齊全的計(jì)算機(jī)，再加上一些研發(fā)人員開發(fā)的相關(guān)軟硬件接口，其實(shí)就可以很快速的設(shè)計(jì)出一套價(jià)格低廉、功能實(shí)用、又可以輕易大量復(fù)制的WLAN模塊檢測設(shè)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(fèi)許多時(shí)間。但是我們的經(jīng)驗(yàn)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(guān)鍵的會是在撰寫相關(guān)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(shí)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(yàn)的硬件工程師來說應(yīng)該不難。后端的實(shí)時(shí) I-Q 信號分析程序，對網(wǎng)通業(yè)者來說應(yīng)該是更簡單。花不長的時(shí)間，卻換來可能讓生產(chǎn)成本大幅降低的機(jī)會。

　　這樣的系統(tǒng)只要再加強(qiáng)物理層(PHY)無線數(shù)字信號處理算法的功能，就可以用來驗(yàn)證發(fā)射端物理層(Tx PHY)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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) ，那就可以用來評估發(fā)射-接收端(Tx-Rx)的硬件設(shè)計(jì)性能，也可以提供給生產(chǎn)線用做產(chǎn)品基頻性能的驗(yàn)證。當(dāng)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(dāng)作一部真正WLAN 相關(guān)產(chǎn)品的測試機(jī)臺了。

　　WLAN廠商(包括芯片設(shè)計(jì)，系統(tǒng)生產(chǎn))目前面臨著非常巨大的商機(jī)，但同時(shí)也必須背負(fù)著龐大的研發(fā)設(shè)計(jì)驗(yàn)證和生產(chǎn)測試的設(shè)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(jìn)階或是原理類似，但是原有的測試設(shè)備卻不見得可以使用在新產(chǎn)品上。到時(shí)是否又必須舍棄掉原有昂貴且數(shù)目眾多的驗(yàn)證和生產(chǎn)測試設(shè)備，另外再花費(fèi)巨資購置新一代的設(shè)備? 本文利用高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)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(kuò)展、容易大量復(fù)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(diǎn)。其實(shí)相同的概念也可以運(yùn)用在 TFT-TV,、機(jī)頂盒、通訊產(chǎn)業(yè)等。關(guān)鍵在于：只要找到規(guī)格適當(dāng)?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)。