<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          關(guān) 閉

          新聞中心

          EEPW首頁 > 工控自動化 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 應(yīng)用高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)WLAN絡(luò)基頻發(fā)射模塊測試系統(tǒng)

          應(yīng)用高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)WLAN絡(luò)基頻發(fā)射模塊測試系統(tǒng)

          作者:凌華科技量測產(chǎn)品事業(yè)部資深研發(fā)經(jīng)理 胡正濤博士 凌華科技量測產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理 倪浩然 時(shí)間:2008-03-20 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            隨著各種無線通訊標(biāo)準(zhǔn)的制訂,無線通訊裝置的測試一直是芯片或設(shè)備廠商面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。由于無線通訊信號較為特殊,在測試時(shí)需要高速(采樣高頻信號)與高精度(提供足夠的動態(tài)范圍)的數(shù)據(jù)采集裝置,搭配適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析軟件方能完成。在本文中,我們以的高速資料采集卡-PXI-9820為核心,配合基于 MATLAB 所開發(fā)的測試程序,進(jìn)行 Wireless LAN 基頻發(fā)射模塊的效能測試。我們將采集基頻信號經(jīng)正交分頻多任務(wù)(OFDM)調(diào)變后的I/Q(in-phase/quadrature)信號,并進(jìn)行解調(diào)與演算,最后得出EVM(Error Vector Magnitude)值,作為判斷基頻發(fā)射模塊是否良好的重要指標(biāo)。


          圖1  測試系統(tǒng)方塊圖


          圖2  基頻發(fā)射模塊測試系統(tǒng)

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/80388.htm

            近年來已有不少公司推出 (High Speed Data Acquisition Card), 并且聲稱可以應(yīng)用在軍用雷達(dá)信號分析、超聲信號分析、數(shù)字廣播信號分析,或是噴墨式墨盒系統(tǒng)測試等各個(gè)方面。仔細(xì)觀察一下這些的規(guī)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軟件選擇... 等等,的確是有條件可以勝任上述應(yīng)用,可惜能在報(bào)章雜志上見到的應(yīng)用實(shí)例并不多, 也因此無法一窺其中的癥結(jié)與奧秘?;诖嗽?,本文擬以最近推出的PXI-9820 為核心,設(shè)計(jì)一套成本低廉、 功能彈性且適于大量復(fù)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(tǒng),以期能提供給芯片設(shè)計(jì)與系統(tǒng)生產(chǎn)廠商另一個(gè)思考方向。

            該系統(tǒng)共分成三大部份:WLAN發(fā)射模塊、高速數(shù)據(jù)采集卡及控制器模塊、軟件接口和EVM計(jì)算分析軟件模塊。

            1. WLAN發(fā)射模塊:

            1) 市售無線網(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(zhuǎn)為單端輸出電路之I,Q信號。

            2. 高速數(shù)據(jù)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(jī)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(jì)算分析軟件模塊:

            1) ADLINK in-house 無線網(wǎng)卡信號控制程序:控制WLAN卡重復(fù)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(zhuǎn)換,64-QAM,計(jì)算EVM等。

            圖1為測試系統(tǒng)的示意方塊圖。PXI-3800控制器執(zhí)行無線網(wǎng)卡信號控制程序,通過 card bus 使無線網(wǎng)卡不斷的輸出待量測的Tx 信號。因?yàn)榫W(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(zhuǎn)換電路來完成差分信號轉(zhuǎn)換單端輸出,這部份我們用ADI的Evaluation board來加以實(shí)現(xiàn)。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(tǒng)。


          圖3  無線局域網(wǎng)絡(luò)傳送/接收的運(yùn)作原理

          圖4  傳送封包 (frame) 架構(gòu)

            原理

            在 IEEE 802.11a 的規(guī)格中定義了如圖3的無線局域網(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(fù)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(zhuǎn)換(IFFT)來調(diào)變傳送的信號;接著再利用相位-振幅調(diào)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(diào)變出 IQ 信號后,利用快速傅利葉轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用實(shí)例,我們在WLAN電路與信號處理上做了幾個(gè)簡化:

            (1) 跳過RF射頻電路,直接采集基頻的信號來分析。

            (2) IQ 解調(diào)變電路是以兩片ADI 的Evaluation board來實(shí)現(xiàn)。

            (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)簡單的閾值,讓接收端可以在解調(diào)子載波前找到符號邊界(symbol boundary)。

            (4) 并未實(shí)現(xiàn)細(xì)部的信號處理技巧(譬如data descrambler/convolutional encoder/data interleaving/normalize average power/windowing function...)


          圖5  系統(tǒng)量測結(jié)果,包括IQ 信號,BPSK,64-QAM,與EVM

            通過我們實(shí)際完成的系統(tǒng)效果來看,上述的簡化對本文的目的尚可接受。

            此外,每一次傳送的封包 (frame) 架構(gòu)如圖4,其中 802.11a/g 規(guī)范了同步碼 (preamble) 部分,首先需要先發(fā)射10個(gè)重復(fù)的短訓(xùn)練序列(short training sequence,共8ms),后面跟著2個(gè)重復(fù)的長訓(xùn)練序列(long training sequence,總共也是8ms),兩者都是以 BPSK 方式調(diào)變。后續(xù)的信號與數(shù)據(jù)部分(皆為4ms)則是以 OFDM/64-QAM 方式調(diào)變。數(shù)據(jù)的數(shù)目為任意,可以由程控。

            測試方法

            測試信號量測

            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1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,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)生傳送封包,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。數(shù)據(jù)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,數(shù)據(jù)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)封包的起點(diǎn)開始數(shù)據(jù)采樣,然后將整個(gè)封包的數(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

            圖5為ADLINK 自行開發(fā)的實(shí)時(shí) I-Q 信號分析程序軟件界面。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?;ú婚L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)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)。

           

           

           


            



          評論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();