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无线局域网络基频发射模块测试系统介绍近年来已有不少公司推出速数据聚集卡并且严称rWj HighSpeed DataAcquisition Card,可以应用在军用雷达信号分析、超声信号分析、数字广播信号分析,或是喷墨式墨盒系统测试等各个方面仔细观察一下这些高速数据采集卡的规格的采样频率,〜〜20100MS/s3060MHz的带宽,可以供多组模拟信号同时输入,同时模拟输入的范围可通过软件选择…等等,的确是有条件可以胜任上述应用,可惜能在报章杂志上见到的应用实例并不多,也因此无法一窥其中的症结与奥秘基于此原因,本文拟以凌华科技最近推出的高速数据采集卡为核PXI-9820心,设计一套成本低廉、功能弹性且适于大量复制的发射模块实时误差向量幅度WLAN测试系统,以期能提供给芯片设计与系统生产厂real-time ErrorVector Magnitude,EVM商另一个思考方向系统构成该系统共分成三大部份发射模块、高速数据采集卡及控制器模块、软件接口和WLAN EVM计算分析软件模块发射模块
1.WLAN市售无线网卡发射模块主体
1802.
11.a+card busWLAN的将2Analog DeviceInstrument ADIEvaluation boardI+,Q+,Q-差分信号转为单端输出电路之信号I,Q高速数据采集卡及控制器模块
2.控制器,实时信号处理1ADLINK PXI-3800Pentium-M
1.6GHz PXI便携式机箱2ADLINK PXIS-25063U6-slot PXI3ADLINK PXI-98203U PXI65MS/s,14-bit digitizerwith on-board128MB SDRAM,采集信号IQ软件接口和计算分析软件模块:
3.EVM无线网卡信号控制程序控制卡重复的产生传送封包1ADLINK in-house WLANframe并传送封包实时信号分析程序进行离散快速傅利叶转换,计算2ADLINK in-house I-Q64-QAM,EVM等控制器执行无线网卡信号控制程序,通过使无线网卡不断的输出待量PXI-3800card bus测的信号因为网卡上的输出信号为的差分信号,Tx I+,I-Q+,Q-differential ended,但是我们用的信号采集卡为个通道的单端输入所以需要用一个转2channel singleended,换电路来完成差分信号转换单端输出,这部份我们用的Analog DeviceInstrument ADI来加以实现最后将这个待分析的基频信号输入并以Evaluation boardIQ PXI-9820,in house的实时信号分析程序在上进行、等分析图则为实际的基频发射模块I-Q PXI-3800FFT EVM2测试系统原理在的规产中定义了如图的无线局域网络传送/接收的工作原理,物理层IEEE
802.11a3采用正交频分复用physical layer,PHY OFDMOrthogonal FrequencyDivision的技术,将不同频率载波中的大量信号合并成单一的信号,完成信号传送在Multiplexing发射端每个信号封包传送之前先利用反快速傅利叶转换来Tx,Transmitter,frame IFFT调变传送的信号;接着再利用相位-振幅调变IQ modulation,I:in-phase,Q:quadrature分别将相位-振幅信号取出;最后用射频电路将信号从基频RF,Radio Frequencybase band上变频到的频带再传送出去接收端则是先将射频5G Hz Rx,Receiver RF,Radio Frequency信号降频到基频,再分别解调变出信号后,利用快速傅利叶转换还原每一个传送的信号IQ FFT封包为了聚焦本文的主题一高速数据采集卡的应用实例,我们在电路与信号处理上做了WLAN儿个简化跳过射频电路,直接采集基频的信号来分析1RF Baseband解调变电路是以两片的来实现2TQ ADIEvaluation board时序同步与采样时钟同步等议题并不特别讨论我们在单端的信号之后定义了一个3IQ简单的阈值让接收端可以在解调子载波前找到符号边界threshold value,symbolboundary并未实现细部的信号处理技巧譬如4data descrambler/convolutional encoder/datainterleaving/normalize averagepower/windowing function***通过我们实际完成的系统效果来看,上述的简化对本文的目的尚可接受此外,每一次传送的封包其中规范了同步码部分,首先frame,
802.lla/g preamble需要先发射个重复的短训练序列共后面跟着个10short trainingsequence,8H second,2重复的长训练序列总共也是两者都是以方式调long trainingsequence,8u second,BPSK变后续的与部分皆为则是以方式调变的数SIGNAL Data4H secondOFDM/64-QAM Data目为任意,可以由程控测试方法测试信号量测测试系统的任务是对电路板的特定位置进行基频的信号测量图一中的WLAN Testing电路在后分别接出两组测点这两Point,Guard IntervalGI AdditionI+,I-,Q+,Q-o组信号为与的差分信号通过一组的差分信号转单端I Qdifferential signal,ADI single输出的电路,我们将与的信号以单端、两个频道的方式输入end IQ PXI-9820Digitizero的采样速率设定为分辨率为触发模式设定为PXI-982060MS/s,14-bit,middle triggero测试信号产生发射端的基频信号封包是由自行开发的无线网卡信号控制程序产生程序frame ADLINK会不断重复的产生传送每一个封包的符号串包括两个frame,preamble symbolsequences,和两个都是依照规范的训练符号依序产生short longsymbols
802.11a trainingsymbol的长度与内容为任意,封包与封包的时间间隔也是任意设定的在本测试中,的长Data Data度设定在个时间间隔是任意设定4096±n period,基频信号分析通过正确的触发模式设定,可以精确地从每一个的起点开始数据采样,PXI-9820frame然后将整个的数据传送至控制器的内存中通过强大的运算能力,frame PXI-3800PXI-3800所有数据会进行实时的演算,并将整个与的部分进行下列计算将个别的preamble DATA1单端信号转变成一个复数信号针对每个符号舍弃I,Q I+Qi,complex signal2symbol,前点循环扩展的部份,进行后点的计算,总计有个短训练序16Cyclic Extension64FFT2列与个长训练序列的计算,接着以解调变与步骤相同,对后续的的部2FFT BPSK32DATA分进行计算,接着进行及星座图计算计算信号的作为传FFT64-QAM constellation4EVM,输品质及系统设计的量化参考值其中的定义为EVM为测试信号,为理想信号,为量测符号数,为样本序号zRM k测试结果最上方绿色的信号为下方的红色的信号为仔细观察这些信号,最左方规I part,Q parto律的部分为与符号串,右方不规律部分为左下方标示preamble shortlong Data“I/Q Vector为经过编码之后的结果右下方标示for PLCPpreamble BPSK”preamble BPSK“I/Q Vector为经过编码之后的星座图中间标示为这个for Data64-QAM”Data64-QAM“
24.237”frame的值处理完这个封包之后,系统可以立即采集下一个封包信号进行处理EVM结语由本系统的开发过程和实际应用情况可以看出,只要选择规格适当的高速数据采集卡,搭配功能齐全的计算机,再加上一些研发人员开发的相关软硬件接口,其实就可以很快速的设计出一套价格低廉、功能实用、又可以轻易大量复制的模块检测设备也许有些读者会觉WLAN得,要发展这些搭配的软硬件接口会有一些难度,并且会花费许多时间但是我们的经验发现,有这种需求的产业,通常会有了解规格的研发人员,只要挑选到规格合适的数据采集卡,最关键的会是在撰写相关的信号处理程序上,这正是了解规格的研发人员的专长,所以通常是时间的问题,不是难度的问题到底值不值得这样做呢?以本文为例,前端的转换电路,对稍具经验的硬件工程师来说应该不难后端的实时信号分析程序,对网通业者来说应该是更简单I-Q花不长的时间,却换来可能让生产成本大幅降低的机会这样的系统只要再加强物理层无线数字信号处理算法的功能,就可以用来验证发射PHY端物理层的系统设计性能,或是接收端相关信号处理算法的品质如果再搭配矢量信Tx PHY号发生器那就可以用来评估发射-接收端的硬件设VSG,Vector SignalGenerator,Tx-Rx计性能,也可以提供给生产线用做产品基频性能的验证当然若再加上上变频器UP Converter与下变频器的电路,那就几乎可以当作一部真正相关产品的测试机台DOWN ConverterWLAN了厂商包括芯片设计,系统生产目前面临着非常巨大的商机,但同时也必须背负着WLAN庞大的研发设计验证和生产测试的设备成本压力而放眼未来新一代的产品,譬如等,虽然规脆MIMOMultiple Input,Multiple Outputfor WLAN,Ultra WideBand UWB的进阶或是原理类似,但是原有的测试设备却不见得可以使用在新产品上到时是否又WLAN必须舍弃掉原有昂贵且数目众多的验证和生产测试设备,另外再花费巨资购置新一代的设备?本文利用高速数据采集卡设计一套产品检测系统,除了可明显缩短开发周期外,并且具WLAN有成本低廉、功能可以弹性扩展、容易大量复制给研发人员及产品线使用和易于升级至下一代产品等优点其实相同的概念也可以运用在、机顶盒、通讯产业等关键在于只要TFT-TV,找到规格适当的数据采集卡,人人都可以制作出成本令人满意的检测系统。