WLAN測量的最佳選擇：NI PXI與FPGA革新性應用優勢

概述

在下一代無線局域網白皮書中已經討論了最新的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備。大多數測試工程師發現使用最佳性能的昂貴盒式儀器的傳統方法已經無法適用于該情況。出現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、預算和空間。當前測試工程師已通過各種新技術來縮減預算并減小空間，以及加快測試和開發時間。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場可編程門陣列(FPGA)針對802.11ac進行測試的優勢。

WLAN測量入門指南

NI PXIe-5644R是業界首臺矢量信號收發儀(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各種實時算法，如快速傅立葉變換(FFT)、功率控制以及調制或解調等。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備(DUT)控制類型應用的數字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。部分其它強制規范包括：80 MHz帶寬、256-QAM調制、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調制時，平均數據率為1.56 Gbit/s。

以下步驟可用于計算下列配置的數據率：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數據載波(242—8導頻)。符號率計算方式如下：256/80 MHz + 800 ns (GI)。將數值代入數據率公式可得：

其中

NBPSCS = 每子載波每空間流的編碼位數

NSD = 每頻段的復數數據數

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信號。MU-MIMO屬于高級MIMO技術，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，可在多個分析儀和發生器(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以便創建完整的5x5 MIMO系統。通過傳統盒式儀器實現類似系統時將會需要更復雜的線纜和儀器設置。

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可用于以下應用：

伺服

自動增益控制

調制和解調

FFT和平均

通道仿真

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

獲取最佳EVM值

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

表1. 802.11ac中調制方式的RMS EVM要求

測試設備通常需提供比規范要求(如-32 dB用于256 QAM)高至少10 dB的測量能力，從而提供足夠的空間用于特征和產品測試。如圖7所示，NI PXIe-5644R可提供業界領先的EVM值。