无线局域网络基频发射模块测试系统介绍

2012-08-03 14:52:06来源: 21ic

  近年来已有不少公司推出高速数据采集卡 (High Speed Data Acquisition Card), 并且声称可以应用在军用雷达信号分析、超声信号分析、数字广播信号分析,或是喷墨式墨盒系统测试等各个方面。仔细观察一下这些高速数据采集卡的规格: 20~100 MS/s 的采样频率,30~60MHz 的带宽,可以供多组模拟信号同时输入,同时模拟输入的范围可通过软件选择… 等等,的确是有条件可以胜任上述应用,可惜能在报章杂志上见到的应用实例并不多, 也因此无法一窥其中的症结与奥秘。基于此原因,本文拟以凌华科技最近推出的PXI-9820 高速数据采集卡为核心,设计一套成本低廉、 功能弹性且适于大量复制的WLAN发射模块实时误差向量幅度(real-time Error Vector Magnitude, EVM)测试系统,以期能提供给芯片设计与系统生产厂商另一个思考方向。

  系统构成

  该系统共分成三大部份:WLAN发射模块、高速数据采集卡及控制器模块、软件接口和EVM计算分析软件模块。

  1. WLAN发射模块:

  1) 市售无线网卡(802.11.a) + card bus: WLAN发射模块主体。

  2) Analog Device Instrument (ADI) 的Evaluation board: 将I+,I–,Q+,Q–差分信号转为单端输出电路之I,Q信号。

  2. 高速数据采集卡及控制器模块:

  1) ADLINK PXI-3800: Pentium-M 1.6GHz PXI 控制器,实时信号处理。

  2) ADLINK PXIS-2506: 3U 6-slot PXI 便携式机箱。

  3) ADLINK PXI-9820: 3U PXI 65MS/s,14-bit digitizer with on-board 128MB SDRAM,采集IQ 信号。

  3. 软件接口和EVM计算分析软件模块:

  1) ADLINK in-house 无线网卡信号控制程序:控制WLAN卡重复的产生传送封包(frame)并传送封包。

  2) ADLINK in-house 实时 I-Q 信号分析程序:进行离散快速傅利叶转换,64-QAM,计算EVM等。

  PXI-3800控制器执行无线网卡信号控制程序,通过 card bus 使无线网卡不断的输出待量测的Tx 信号。因为网卡上的输出信号为I+,I–,Q+,Q–的差分信号 (differential ended),但是我们用的信号采集卡为2个通道(channel)的单端输入(single ended),所以需要用一个转换电路来完成差分信号转换单端输出,这部份我们用Analog Device Instrument (ADI) 的Evaluation board来加以实现。最后将这个待分析的基频IQ信号输入PXI-9820,并以in house 的实时 I-Q 信号分析程序在PXI-3800上进行FFT、 EVM等分析。图2则为实际的基频发射模块测试系统。

  原理

  在 IEEE 802.11a 的规格中定义了如图3的无线局域网络传送/接收的工作原理,物理层(physical layer,PHY)采用正交频分复用 (OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的技术,将不同频率载波中的大量信号合并成单一的信号,完成信号传送。在发射端 (Tx, Transmitter),每个信号封包(frame)传送之前先利用反快速傅利叶转换(IFFT)来调变传送的信号;接着再利用相位-振幅调变 (IQ modulation,I: in-phase,Q: quadrature) 分别将相位-振幅信号取出;最后用射频 (RF,Radio Frequency) 电路将信号从基频(base band) 上变频到 5G Hz的频带再传送出去。接收端 (Rx,Receiver)则是先将射频(RF,Radio Frequency)信号降频到基频,再分别解调变出 IQ 信号后,利用快速傅利叶转换(FFT)还原每一个传送的信号封包。

  为了聚焦本文的主题--高速数据采集卡的应用实例,我们在WLAN电路与信号处理上做了几个简化:

  (1) 跳过RF射频电路,直接采集Base band基频的信号来分析。

  (2) IQ 解调变电路是以两片ADI 的Evaluation board来实现。

  (3) 时序同步与采样时钟同步等议题并不特别讨论。我们在单端的 IQ信号之后定义了一个简单的阈值(threshold value) ,让接收端可以在解调子载波前找到符号边界(symbol boundary)。

  (4) 并未实现细部的信号处理技巧(譬如data descrambler/convolutional encoder/data interleaving/normalize average power/windowing function…)

  通过我们实际完成的系统效果来看,上述的简化对本文的目的尚可接受。

  此外,每一次传送的封包 (frame) ,其中 802.11a/g 规范了同步码 (preamble) 部分,首先需要先发射10个重复的短训练序列(short training sequence,共8μ second),后面跟着2个重复的长训练序列(long training sequence,总共也是8μ second),两者都是以 BPSK 方式调变。后续的SIGNAL 与 Data 部分(皆为 4μ second)则是以 OFDM/64-QAM 方式调变。Data 的数目为任意,可以由程控。

[1] [2]

关键字:无线局域网络  基频发射模块  WLAN

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0803/article_5589.html
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