UWB與WMAN無線電系統(tǒng)的先期驗證

采用正交頻分多路轉(zhuǎn)換（OFDM）實體層的無線區(qū)域網(wǎng)路（WLAN），目前已經(jīng)在全球各地廣泛地進(jìn)行商業(yè)建置，它主要是根據(jù)IEEE 802.11a/g OFDM 無線電標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在設(shè)計工程師正使用移動無線平臺專用的多模態(tài)IEEE 802.11a/b/g 晶片組，來提升IC 整合的程度，以配合價格低廉的無線上網(wǎng)服務(wù)。新興的IEEE 802.15.3a超寬頻（UWB）和IEEE 802.16d 無線都會區(qū)域網(wǎng)路（WMAN, 又稱WiMAX）標(biāo)準(zhǔn)，將促使IC 設(shè)計朝更高資料速率的OFDM 應(yīng)用發(fā)展。

過去三年產(chǎn)業(yè)全力開發(fā)WLAN OFDM 產(chǎn)品的結(jié)果，不但改革了設(shè)計與驗證的程序，還因為強調(diào)初期驗證而提升了設(shè)計的效率，并因此加快了在競爭激烈的消費者市場引進(jìn)新的OFDM 產(chǎn)品的腳步。零中頻（Zero IF）的CMOS RFIC 徹底顛覆了WLAN 的設(shè)計，讓低價產(chǎn)品得以展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。這些產(chǎn)品通常包括基頻和RFIC，它們會在電路板層級的模組或封裝內(nèi)整合一些晶片外（off-chip）元件，像是功率放大器、濾波器和天線，如圖1 所示。

RF 和基頻IC 通常會整合到參考無線電（reference radio）的原型中，以便在量產(chǎn)IC 之前進(jìn)行系統(tǒng)層級的OFDM無線電認(rèn)證測試。舉例來說，使用可程控的基頻IC 補償演算法，可以減少RF IC的瑕疵，而這些演算法必須在系統(tǒng)層級的參考無線電測試過程中進(jìn)行驗證。將模擬與驗證工具整合在一起的好處是，WLAN無線電系統(tǒng)設(shè)計工程師不必等到后期整合時才能找出RFIC 或基頻演算法中的問題，而是在設(shè)計流程的初期就能驗證重要的OFDM 無線電規(guī)格。

在整合的設(shè)計流程中，一開始必須進(jìn)行RF 和基頻IC 的模擬，以便在tape-out之前驗證重要的規(guī)格，進(jìn)而縮短設(shè)計週期。在模擬的過程中應(yīng)執(zhí)行各項虛擬量測，亦即分析候選OFDM 設(shè)計，以取得發(fā)射器的差錯向量幅度（EVM），并且進(jìn)行除錯。將模擬時所合成的測試信號下載到儀器中，可產(chǎn)生OFDM 測試信號以評估原型IC。至于接收器的信號擷取與誤碼率（BER）測試，則必須在包含發(fā)射器失真、通道瑕疵及不想要的干擾信號下執(zhí)行。為簡化設(shè)計程序，可使用事先設(shè)好的測試與驗證設(shè)定，依據(jù)發(fā)射器頻譜、EVM 和BER 等效能量測標(biāo)準(zhǔn)來評估設(shè)計。

OFDM 無線電系統(tǒng)

遵循IEEE 802.15.3a 標(biāo)準(zhǔn)的UWB 無線個人網(wǎng)路（WPAN），使用低于11 GHz的載波頻率及110 到480 Mbp s的資料速率，提供短距離（＜30 呎）的應(yīng)用，例如家庭辦公室的無線USB 和串流視頻。遵循IEEE 802.16d 標(biāo)準(zhǔn)的無線都會區(qū)域網(wǎng)路（WMAN）則使用低于11 GHz 的載波頻率及最高75 Mbps 的資料速率，提供4 到6哩遠(yuǎn)的寬頻無線上網(wǎng)（BWA），或“最后一哩”上網(wǎng)服務(wù)。由于頻譜管理單位、標(biāo)準(zhǔn)制定組織、工業(yè)團(tuán)體及各個協(xié)會都在推動IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，究竟哪些標(biāo)準(zhǔn)會勝出目前還不明朗。一般認(rèn)為各家WLAN產(chǎn)品廠商針對消費性產(chǎn)品的相互操作性所做的努力，將有助于IEEE 802.11a/b/g 標(biāo)準(zhǔn)成為全球的無線網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)。至于新興的WPAN/WMAN 標(biāo)準(zhǔn)，還得花上好幾年的時間才能完成。在各界競相推出新標(biāo)準(zhǔn)的這段期間，OFDM 無線電晶片設(shè)計師需要有彈性的設(shè)計與驗證工具，以便因應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定新的模擬與測試解決方案。

加速新興的OFDM 產(chǎn)品的開發(fā)

混合信號系統(tǒng)整合單晶片（SoC）的驗證作業(yè)，可在IC tape-out 及交付生產(chǎn)之前，根據(jù)模擬的行為和元件模型來確保設(shè)計達(dá)到效能規(guī)格。目前0.1 um IC 的生產(chǎn)過程都很久，所需的光罩成本大約是100萬美金。內(nèi)含幾千萬個閘的SoC 設(shè)計，往往需要用到幾千億個二進(jìn)位測試碼型（測試向量）；產(chǎn)生及模擬無數(shù)個輸入組合，可以確保設(shè)計永遠(yuǎn)不會發(fā)生無法恢復(fù)的狀態(tài)。工程小組可能要花上總設(shè)計時間的50% 到70% 來執(zhí)行驗證工作。生產(chǎn)混合信號SoC 最大的挑戰(zhàn)之一，就是必須為模擬和數(shù)字信號開發(fā)出適合的test benches，以便在自動化的設(shè)計與驗證流程中控制及觀察內(nèi)部的IC 信號。當(dāng)SoC變得愈來愈復(fù)雜時，在設(shè)計週期中進(jìn)行驗證就變得格外重要且富挑戰(zhàn)性。

OFDM 設(shè)計工程人員整合了系統(tǒng)層級的模擬與驗證設(shè)計流程，以便在模擬過程中對復(fù)雜的IC 設(shè)計進(jìn)行生產(chǎn)前的初期驗證，同時他們也將上述流程與生產(chǎn)流程和制造測試程序連接在一起。如此一來，設(shè)計工程師就可以在整個產(chǎn)品生命週期中使用設(shè)計智財元件（IP），以達(dá)到降低成本的目標(biāo)。以下三個重要的策略，可以讓新的OFDM 產(chǎn)品具備更高的可預(yù)測性和獲利能力：
• 執(zhí)行先期驗證
• 整合設(shè)計、驗證與制造測試
• 進(jìn)行完美的RF 模擬

當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入開發(fā)的最后階段時，設(shè)計問題對財務(wù)與時程的影響將會愈來愈明顯。后期的整合問題及RFIC 未能達(dá)到效能目標(biāo)，是造成專案進(jìn)度落后及成本超出預(yù)期的兩個最常見的原因，但可藉由整合設(shè)計、模擬與測試工具和方法來解決。在開發(fā)IEEE 802.11 WLAN OFDM 產(chǎn)品的過程中，幾個重要的成功因素包括：
• 使用OFDM 通信模型程式庫來執(zhí)行合乎標(biāo)準(zhǔn)的參考無線電模擬。
• 參考無線電的端對端模擬與驗證，各個系統(tǒng)區(qū)塊是在不同的時間開發(fā)而成的。
• 當(dāng)每個設(shè)計小組將個別的IP 區(qū)塊移到下一個開發(fā)階段時，都會執(zhí)行效能檢查。
• 在模擬與實體儀器之間使用一致的量測與分析演算法。
• 不同據(jù)點及單位的設(shè)計與測試站，都使用相同的效能量測標(biāo)準(zhǔn)。
　

圖1. OFDM 參考無線電。