整合高性能儀器和FPGA,實(shí)現(xiàn)最佳WLAN測(cè)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(biāo)準(zhǔn)存在的一些問題。眾所周知，測(cè)試工程師都想盡快找到測(cè)試該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備。大多數(shù)測(cè)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(cè)試工程師急需各種資源，主要包括時(shí)間、預(yù)算和空間。當(dāng)前測(cè)試工程師已通過各種新技術(shù)來縮減預(yù)算并減小空間，以及加快測(cè)試和開發(fā)時(shí)間。NI提供的用戶可編程FPGA儀器可幫助測(cè)試工程師解決這些問題。本文章主要討論通過現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA) 針對(duì)802.11ac進(jìn)行測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。

WLAN測(cè)量入門指南

NI PXIe-5644R是業(yè)界首臺(tái)矢量信號(hào)收發(fā)儀(VST)。該VST的特點(diǎn)是高達(dá)80MHz的實(shí)時(shí)帶寬以及最高至6 GHz的中心頻率。該儀器同時(shí)包括可編程FPGA，可用于提高測(cè)試速度或?qū)崿F(xiàn)各種實(shí)時(shí)算法，如快速傅立葉變換(FFT)、功率控制以及調(diào)制或解調(diào)等。完整的WLAN測(cè)試儀器的寬度為三個(gè)PXI Express插槽，并包括可用于待測(cè)設(shè)備(DUT)控制類型應(yīng)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(diào)制或頻譜測(cè)量。通過軟面板和多達(dá)4臺(tái)NI PXIe-5644R也可獲得4x4 MIMO配置。

802.11ac可支持5 GHz波段并強(qiáng)制包括20、40和80 MHz帶寬。支持160 MHz當(dāng)前為可選項(xiàng)?？蛇x項(xiàng)還包括非連續(xù)80+80 MHz TX和RX帶寬。

IEEE草案要求802.11ac標(biāo)準(zhǔn)可向后兼容802.11a和802.11n的5 GHz波段，以便允許同時(shí)存在不同標(biāo)準(zhǔn)。部分其它強(qiáng)制規(guī)范包括：80 MHz帶寬、256-QAM調(diào)制、高達(dá)8條空間流、多用戶多輸入和多輸出(MIMO)。

當(dāng)使用最大帶寬160 MHz、8x8 MIMO配置、256-QAM和短保護(hù)間隔時(shí)，802.11ac理論上可獲得最大6.93 Gbit/s。當(dāng)使用80 MHz帶寬、4 tx通道以及256-QAM調(diào)制時(shí)，平均數(shù)據(jù)率為1.56 Gbit/s。

以下步驟可用于計(jì)算下列配置的數(shù)據(jù)率：80 MHz帶寬、帶800 ns保護(hù)間隔的64-QAM信號(hào)以及一條空間流?；旧嫌?34數(shù)據(jù)載波(242—8導(dǎo)頻)。符號(hào)率計(jì)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(gè)終端同時(shí)與同一個(gè)波段的多個(gè)用戶收發(fā)信號(hào)。MU-MIMO屬于高級(jí)MIMO技術(shù)，可利用多個(gè)獨(dú)立無線電終端以便提高單個(gè)終端的通信能力。單用戶MIMO僅考慮使用實(shí)際連接至每個(gè)單獨(dú)接線端的多個(gè)天線。

PXI平臺(tái)通過背板以及NI PXI儀器中嵌入的同步和內(nèi)存核心(SMC)芯片可提供同步能力，使得該P(yáng)XI平臺(tái)尤其適用于MIMO。通過NI-TLCK技術(shù)，可在多個(gè)分析儀和發(fā)生器(甚至多個(gè)連接機(jī)箱)間獲得高達(dá)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(gè)機(jī)箱中使用多達(dá)5個(gè)VST以便創(chuàng)建完整的5x5 MIMO系統(tǒng)。通過傳統(tǒng)盒式儀器實(shí)現(xiàn)類似系統(tǒng)時(shí)將會(huì)需要更復(fù)雜的線纜和儀器設(shè)置。

用戶可編程FPGA的優(yōu)勢(shì)

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(yīng)用：

· 伺服

· 自動(dòng)增益控制

· 調(diào)制和解調(diào)

· FFT和平均

· 通道仿真

傳統(tǒng)盒式儀器將會(huì)限制使用諸如FFT和觸發(fā)等算法。對(duì)盒式儀器使用的FFT或觸發(fā)進(jìn)行自定義通常十分困難。類似于在手機(jī)上自定義各種應(yīng)用，新的基于軟件的儀器可允許工程師根據(jù)需要對(duì)儀器進(jìn)行完全自定義。

獲取最佳EVM值

隨著調(diào)制方式越來越復(fù)雜，保持高質(zhì)量的信號(hào)變得更加重要。表1顯示了802.11ac中不同調(diào)制方式的RMS EVM要求。

測(cè)試設(shè)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(cè)量能力，從而提供足夠的空間用于特征和產(chǎn)品測(cè)試。如圖7所示，NI PXIe-5644R可提供業(yè)界領(lǐng)先的EVM值。

針對(duì)所有無線標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試設(shè)備，可以通過調(diào)整軟件和硬件以獲取最佳測(cè)量方式。使用NI PXIe-5665 VSA進(jìn)行相鄰?fù)ǖ朗д鏈y(cè)量中討論了可用于信號(hào)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(bǔ)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(hào)。