无线局域网WLAN制造测试技术的发展

  无线局域网(WLAN)是移动通信发展最快的领域。在过去的短短几年中，基于IEEE802.11b的无线网络技术已经取得了巨大的成功，其推动力正是家庭或办公室中价格适中的互联网接入服务的增长。然而，人们仍不断追求吞吐量更高的网络，而且要求服务品质不受影响。IEEE802.11a和IEEE802.11g正是能很好满足这些要求的技术，它们能提供比802.11b 更高的数据率，峰值数据率达到了54Mbit/s，而802.11b的峰值数据率仅为11Mbit/s。标准的发展使得WLAN器件日益复杂，如果性能要达到预期水平而且让双波段或多格式器件在市场中流行开来，则这些复杂的设计需要更完备和更彻底的制造测试方法。

　
图1 基于黄金射频的制造系统

图2 集成化的WLAN测试装置制造系统

WLAN接入点和网络接口卡的制造主要是由合同制造商(CM)和原始设计制造商(ODM)完成的。将测试成本维持在低水平上对于这些CM和ODM来说有着非常重要的意义。降低测试成本的一些关键性因素包括：

大多数WLAN制造测试采用基于“黄金射频”(golden radio)的系统，它们由一个已知的、优良的“金子般的”WLAN射频装置、一台频谱分析仪、功率计和电源组成。此外，为了让DUT能得到专有的测试模式处理并控制黄金射频系统，还需要一套测试控制软件。

基于黄金射频的系统虽然常常被视为价格合理的测试系统，但它们也存在一些内在的问题，这些问题使得它们不太适合于双波段/多格式无线电系统，也就是说，它们是专有型的，不能测量误差矢量幅值(error vector magnitude，EVM)。

基于黄金射频的测试系统属于专有型的测试系统，这是由它的本质特征所决定的。它以同种芯片组/器件作为DUT。ODM和CM都依靠芯片组厂商提供支持，对这些黄金射频系统进行校准、操作和维护。与支持这些系统所需的工程化努力相应的成本随着待测器件产量和种类的增加而上升。

基于黄金射频的测试系统无法测量EVM：802.11 a/g射频标准采用了种类较多的调制方法，从802.11b系统的BPSK/QPSK格式一直到用于高数据率任务的64QAM。对于双波段和多格式射频装置来说，要实现与其它射频的成功互操作，制造商必须确保发射机具有高品质，这也意味着它们的EVM必须得到测试。然而，直到最近，测试EVM的设备对于制造环境而言，还是昂贵得无法承受。

采用了简单调制方法的802.11b标准，其效果并非强烈地依赖于调制的质量。数据码元可以容许出现较高的误差率而不至于导致位错误或者包错误。在低比特率系统中，在达到调制精度测试极限前发射机性能的下降一般出现在频谱屏蔽(spectral mask)中。

对于802.11a/g中使用的更高级格式(如64QAM)，调制的品质更为重要。调制的误差会造成数据码元的误判，最终将会限制传输范围和数据吞吐量。正因为如此，调制精度测试对多格式射频来说极为关键，而802.11a/g 规范要求通过测量EVM对发射机的调制品质进行测试。EVM测量出已调制载波和理想参考信号间的差别，是对WLAN芯片组设计、开发所获得的调制精度的测量。

对成本敏感的制造商，所面临的困难选择在于：直到最近为止，市场上所能买到的、可以对WLAN所要求的(大带宽范围内)EVM进行测量的测试设备价格都较为昂贵。所以，制造商已经努力对黄金射频系统采用的流程进行调整和扩展，来对调制品质进行测量。基于黄金射频的系统进行一种称为发送包错误率(transmit packet error rate，TxPER)的测试，这种测试与EVM测试目标类似(即对发射机上的调制品质进行验证)。

TxPER测试要让DUT发射一个预先确定的数据包流，而使用黄金射频中的接收机来收集数据，并将其与参考数据包进行比较，以检验包错误率(PER)是否上升。这一方法的问题在于：它是厂商专有的，很难在不同的黄金射频上复现。黄金射频接收机性能的变化也会带来不同的PER结果，即使发射机性能没有什么变化，这会导致生产线上的“虚假不合格”(即一个好的器件被认定为不合格)，并会造成产品成品率的波动。这两种情况是每家制造商都希望避免的。

测试设备出现的一个令人激动的进展将会改变这一切，获得一种成本经济性好、灵活且带宽满足EVM测量需要的集成化测试装置，将有可能改变WLAN装置测试的方式。现在，市场上已经出现集成化的WLAN测试仪解决方案，这些测试装置正好能提供现在黄金射频系统所缺乏的精度、重复性、灵活性和独立性。

在这类系统中，黄金射频、功率计、频谱分析仪和相关的电缆及RF开关的功能都集成到一台仪器中，从而大大降低了系统的复杂性和成本。整套测试装置包括可编程矢量信号发生器和宽带接收机，其精度与功率计相近。该系统只需要一台PC就可以容纳DUT控制软件及WLAN测量软件。

校准步骤主要是对DUT中的功率放大器进行校准，做法是调节输出功率到一个规定的绝对电平或者直到出现可容许的最大失真为止。在基于黄金射频的系统中，测量这一失真的具体做法往往是：增加DUT的功率级，直到发射信号的某些特性，如频谱旁瓣，达到预定的极限为止。

由于这种测试方法与对直接测量EVM相比一般精度和预测性较低，故功率级往往必须从可能的最大水平上降低一点，因此测出的系统性能要比可能的量值低一些。采用集成测试装置后，功率、EVM以及其他的IQ偏移和信号的频率误差测量等可以在一次数据捕获中全部获取，从而完成对发射机性能的快速和精确测量。这一精度和重复性性能的提高意味着DUT放大器的整个范围都可以得到运用，传输的品质也得到优化。高精度和重复性也降低了测量的不确定性，这意味着测量极限处的防护带可以降低，而可以提高成品率。

属于可修调测试平台的集成化测试装置，将帮助WLAN模块的制造商快速地提高生产量，提高制造成品率的同时降低测试的总成本。那些独立于任何一家制造商的芯片组且精度、带宽和频率范围等基本要求均得到保证的测试系统，对于WLAN制造商来说是理想的选择，其架构也能很好的提供WLAN器件测试的新方法，而且可以更容易的适应未来技术。由于测试的灵活性在许多制造环境中起着关键的作用，所以这类技术将是长久应用的解决方案。