NI PXI結(jié)合FPGA實現(xiàn)最佳WLAN測量，支持802.11ac

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標準存在的一些問題。眾所周知，測試工程師都想盡快找到測試該標準的測試設(shè)備。大多數(shù)測試工程師發(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：測試工程師急需各種資源，主要包括時間、預(yù)算和空間。當前測試工程師已通過各種新技術(shù)來縮減預(yù)算并減小空間，以及加快測試和開發(fā)時間。NI提供的用戶可編程FPGA儀器可幫助測試工程師解決這些問題。本文章主要討論通過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) 針對802.11ac進行測試的優(yōu)勢。

WLAN測量入門指南

NI PXIe-5644R是業(yè)界首臺矢量信號收發(fā)儀(VST)。該VST的特點是高達80MHz的實時帶寬以及最高至6 GHz的中心頻率。該儀器同時包括可編程FPGA，可用于提高測試速度或實現(xiàn)各種實時算法，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測試儀器的寬度為三個PXI Express插槽，并包括可用于待測設(shè)備(DUT)控制類型應(yīng)用的數(shù)字I/O端口。

圖1. NI PXIe-5644R是用于WLAN測量的最佳選擇，可編程FPGA允許用戶根據(jù)需要自定制儀器。

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)制或頻譜測量。通過軟面板和多達4臺NI PXIe-5644R也可獲得4x4 MIMO配置。

圖2. 利用NI WLAN分析工具包可方便地使用NI PXIe-5644R進行測量。

圖3. 利用NI WLAN生成工具包可生成80 MHz帶寬的802.11ac信號。

802.11ac可支持5 GHz波段并強制包括20、40和80 MHz帶寬。支持160 MHz當前為可選項。可選項還包括非連續(xù)80+80 MHz TX和RX帶寬。

圖4.802.11ac波段分配

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

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

以下步驟可用于計算下列配置的數(shù)據(jù)率：80 MHz帶寬、帶800 ns保護間隔的64-QAM信號以及一條空間流。基本上有234數(shù)據(jù)載波(242—8導頻)。符號率計算方式如下：256/80 MHz + 800 ns (GI)。將數(shù)值代入數(shù)據(jù)率公式可得：

數(shù)據(jù)率

數(shù)據(jù)率

數(shù)據(jù)率

其中

NBPSCS = 每子載波每空間流的編碼位數(shù)

NSD = 每頻段的復數(shù)數(shù)據(jù)數(shù)

R = 碼率

TSYM = 符號間隔

多用戶MIMO (MU-MIMO)

MU-MIMO可允許一個終端同時與同一個波段的多個用戶收發(fā)信號。MU-MIMO屬于高級MIMO技術(shù)，可利用多個獨立無線電終端以便提高單個終端的通信能力。單用戶MIMO僅考慮使用實際連接至每個單獨接線端的多個天線。

圖5.MU-MIMO屬于802.11ac的特有概念，可允許多個接收器。

PXI平臺通過背板以及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PXI平臺尤其適用于MIMO。通過NI-TLCK技術(shù)，可在多個分析儀和發(fā)生器(甚至多個連接機箱)間獲得高達0.1相位偏移度。

此外新的NI PXIe-5644R VST提供更小尺寸，可允許在單個機箱中使用多達5個VST以便創(chuàng)建完整的5x5 MIMO系統(tǒng)。通過傳統(tǒng)盒式儀器實現(xiàn)類似系統(tǒng)時將會需要更復雜的線纜和儀器設(shè)置。

圖6. 一套4x4 MIMO 802.11ac解決方案可方便地置于

一臺18插槽PXI Express機箱中。

用戶可編程FPGA的優(yōu)勢

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

獲取最佳EVM值

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