测试信号量测 - 无线局域网络基频发射模块测试系统

　　测试系统的任务是对WLAN电路板的特定位置进行基频的信号测量(图(一)中的Testing Point)，电路在 Guard Interval (GI) Addition 后分别接出两组测点I+, I-, Q+, Q-。这两组信号为 I 与 Q的差分信号 (differential signal)，通过一组ADI的差分信号转单端(single end) 输出的电路，我们将I与Q的信号以单端、两个频道的方式输入 PXI-9820 Digitizer。PXI-9820 的采样速率设定为 60MS/s，分辨率为14-bit，触发模式设定为 middle trigger。

　　测试信号产生

　　发射端的基频信号封包frame是由ADLINK 自行开发的无线网卡信号控制程序产生。程序会不断重复的产生传送frame，每一个封包的 preamble符号串(symbol sequences，包括两个short 和两个 long symbols) 都是依照 802.11a 规范的训练符号 (training symbol)依序产生。Data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，Data的长度设定在4096±n 个period，时间间隔是任意设定。

　　基频信号分析

　　通过正确的触发模式设定，PXI-9820 可以精确地从每一个 frame 的起点开始数据采样，然后将整个 frame 的数据传送至 PXI-3800 控制器的内存中。通过 PXI-3800 强大的运算能力，所有数据会进行实时的演算，并将整个 preamble 与 DATA 的部分进行下列计算：(1)将个别的单端I，Q信号转变成一个复数信号(I+Qi，complex signal) (2)针对每个符号(symbol)，舍弃前16点循环扩展(Cyclic Extension)的部份，进行后64点的FFT计算，总计有2个短训练序列与2个长训练序列的FFT计算，接着以BPSK解调变 (3)与步骤2相同，对后续的DATA 的部分进行FFT计算，接着进行64-QAM及星座图(constellation)计算 (4)计算信号的EVM，作为传输品质及系统设计的量化参考值。其中EVM 的定义为：

　　z为测试信号，R为理想信号，M为量测符号数，k为样本序号

　　测试结果

　　最上方绿色的信号为I part，下方的红色的信号为Q part。仔细观察这些信号，最左方规律的部分为preamble (short与 long) 符号串，右方不规律部分为Data。左下方标示“I/Q Vector for PLCP preamble (BPSK)” 为preamble 经过BPSK 编码之后的结果。 右下方标示“I/Q Vector for Data (64-QAM)” 为Data 经过64-QAM 编码之后的星座图。中间标示 “24.237” 为这个frame 的 EVM 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。

　　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WLAN模块检测设备。也许有些读者会觉得，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 I-Q 信号分析程序，对网通业者来说应该是更简单。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(PHY)无线数字信号处理算法的功能，就可以用来验证发射端物理层(Tx PHY)的系统设计性能，或是接收端相关信号处理算法的品质。如果再搭配矢量信号发生器(VSG, Vector Signal Generator) ，那就可以用来评估发射-接收端(Tx-Rx)的硬件设计性能，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(DOWN Converter)的电路，那就几乎可以当作一部真正WLAN 相关产品的测试机台了。

　　WLAN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MIMO (Multiple Input, Multiple Output) for WLAN，Ultra Wide Band (UWB)等,虽然规格是WLAN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WLAN产品检测系统，除了可明显缩短开发周期外，并且具有成本低廉、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 TFT-TV,、机顶盒、通讯产业等。关键在于：只要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。