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PXI仪器效能升级 802.11ac测试效率大跃进

新一代802.11ac标准带来许多挑战,相信许多测试工程师正忙着找出最合适的测试设备。而要以旧方法找出效能最佳的单机台仪器显然是完全不可行,肇因于现今测试工程师是时间、成本、空间等资源有限,须进一步减少空间,且缩短测试与开发时间,同时还能为公司精简预算,因此厂商若能提供使用者可设定功能的现场可编程门阵列(FPGA)架构仪器,协助测试工程师解决这些挑战,对工程师来说,无非是工作上的一大帮助。本技术文章的重点在于特地使用开放式FPGA来测试802.11ac标准的优势。

灵活运用分析工具组 加速讯号产生与撷取效率

无线局域网络(WLAN)分析工具组的软件人机接口可搭配PXI仪器使用,提供快速的产生或撷取功能。使用者可将分析软件人机接口用于已调变或频谱量测作业;也可将两个小封装热插拔收发器(SFP)搭配最多四个PXI仪器,打造4×4多重输入多重输出(MIMO)的设定配置。

802.11ac5GHz频带运作,强制频宽则为204080MHz160MHz支持功能目前仍属于选择性的。此外,测试人员也可选择非邻近的80+80MHz发射(TX)与接收(RX)频宽。根据IEEE目前的规定(1)802.11ac标准须在5GHz频带内与802.11a802.11n向下兼容,确保不会彼此排斥。其它的强制规格还包含80MHz频宽、256QAM调变、最多八个空间串流与多个使用者的MIMO功能。

1802.11ac频带配置图

事实上,只要搭配160MHz最大频宽、8×8MIMO设定、256QAM与短防护周期,802.11ac即可发挥6.93Gbit/s的理论最大值。频宽为80MHz,再加上四个TX通道与256-QAM调变时,平均数据传输率便是1.56Gbit/s

有鉴于此,80MHz频宽、64QAM讯号、800奈秒(ns)防护周期,再加上一个空间串流的数据传输率计算步骤如下。基本上总共会有两百三十四个数据载波,符码率的计算方式则为256/80MHz+800ns,再加上数据传输率公式的数字,就可以得到以下三个公式。其中,NBPSCS是每个空间串流中,每个子载波的已编码位数;NSD是每个频率区段中复杂数据数字的数目;R为编码率;TSYM则是符码周期。

支持多个讯号 MIMO技术全面进化

如图2所示,MU-MIMO可以一个终端同时在相同频带中的多位使用者之间传输或接收讯号。MU-MIMO是一组进阶的MIMO技术,运用多个独立的无线电终端,来提升每个终端的通讯效能。单一使用者的MIMO仅限于存取确实连接至个别终端的多个天线。

2 MU-MIMO802.11ac而言堪称一种突破,因其支持多个讯号接收者。

使用PXI仪器对于MIMO技术而言非常合适,因其同步处理PXI仪器内建的背板与同步化和内存核心(SMC)芯片。透过各家PXI仪器商的技术,即可在不同的分析器或生产器之间,达到最高0.1度的相位偏差。

此外,目前市面上已有非常小巧的PXI VST仪器,单一机箱最多可安装五个VST、十八个插槽,以便打造完整的5×5MIMO系统。反观,若采用传统的箱型仪器来建置这样的系统,缆线与仪器设定会变得非常复杂。

导入客制化FPGA组件 量测效能升级

使用FPGA搭配RF仪器并非全新概念,不过提供使用者可设定功能的FPGA却是前所未见的创新功能。开放式FPGA的用途包括自动增益控制、调变/解调变、傅立叶转换(FFT)与平均、信道仿真等。

由于传统箱型仪器会限制表达式的存取功能,例如FFT或甚至触发。使用者如要客制箱型仪器所使用的FFT或触发表达式,可能会有点困难。不过新一代的软件设计仪器可让工程师针对个人需求来客制化仪器,就像是客制化手机应用程序一样。 随着调变方式越来越复杂,工程师也必须维护出色的讯号质量。表1显示出802.11ac不同调变方式的RMS错误向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)规定。 测试设备的量测能力必须优于此规格(256QAM-32 dB),至少要10dB才能提供充裕的特性与生产测试空间。如图3所示,PXI仪器的EVM数据领先业界,就像所有的无线标准与测试设备一样,使用者可以稍加修改软硬件,以便充分发挥量测效能。

3 使用高效能PXI仪器的802.11ac EVM回送模式

软硬件高度整合 测试精准度大幅提升 另一方面,本文将会持续讨论其它最佳化设定的效能;包含相位追踪、通道追踪、相位差歪曲补偿。图4PXI针对80MHz256QAM讯号进行-46dBEVM量测,透过先进的PXI仪器回送模式产生并撷取80MHzMCS 9802.11ac讯号。

4 PXI可针对80MHz 256QAM讯号进行-46dBEVM量测

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