WLAN測(cè)量的最佳選擇：NI PXI與FPGA革新性應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　概述

　　在下一代無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)白皮書(shū)中已經(jīng)討論了最新的802.11標(biāo)準(zhǔn)存在的一些問(wèn)題。眾所周知，測(cè)試工程師都想盡快找到測(cè)試該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備。大多數(shù)測(cè)試工程師發(fā)現(xiàn)使用最佳性能的昂貴盒式儀器的傳統(tǒng)方法已經(jīng)無(wú)法適用于該情況。出現(xiàn)該問(wèn)題的原因十分簡(jiǎn)單：測(cè)試工程師急需各種資源，主要包括時(shí)間、預(yù)算和空間。當(dāng)前測(cè)試工程師已通過(guò)各種新技術(shù)來(lái)縮減預(yù)算并減小空間，以及加快測(cè)試和開(kāi)發(fā)時(shí)間。NI提供的用戶(hù)可編程FPGA儀器可幫助測(cè)試工程師解決這些問(wèn)題。本文章主要討論通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） 針對(duì)802.11ac進(jìn)行測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。

　　WLAN測(cè)量入門(mén)指南

　　NI PXIe-5644R是業(yè)界首臺(tái)矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST）。該VST的特點(diǎn)是高達(dá)80MHz的實(shí)時(shí)帶寬以及最高至6 GHz的中心頻率。該儀器同時(shí)包括可編程FPGA，可用于提高測(cè)試速度或?qū)崿F(xiàn)各種實(shí)時(shí)算法，如快速傅立葉變換（FFT）、功率控制以及調(diào)制或解調(diào)等。完整的WLAN測(cè)試儀器的寬度為三個(gè)PXI Express插槽，并包括可用于待測(cè)設(shè)備（DUT）控制類(lèi)型應(yīng)用的數(shù)字I/O端口。

　　圖1. NI PXIe-5644R是用于WLAN測(cè)量的最佳選擇，可編程FPGA允許用戶(hù)根據(jù)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(guò)NI PXIe-5644R使用快速生成或采集功能。該分析軟面板可用于調(diào)制或頻譜測(cè)量。通過(guò)軟面板和多達(dá)4臺(tái)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(jìn)行測(cè)量。

圖3. 利用NI WLAN生成工具包可生成80 MHz帶寬的802.11ac信號(hào)。

　　802.11ac可支持5 GHz波段并強(qiáng)制包括20、40和80 MHz帶寬。支持160 MHz當(dāng)前為可選項(xiàng)?？蛇x項(xiàng)還包括非連續(xù)80+80 MHz TX和RX帶寬。

圖4.802.11ac波段分配

　　IEEE草案要求802.11ac標(biāo)準(zhǔn)可向后兼容802.11a和802.11n的5 GHz波段，以便允許同時(shí)存在不同標(biāo)準(zhǔn)。部分其它強(qiáng)制規(guī)范包括：80 MHz帶寬、256-QAM調(diào)制、高達(dá)8條空間流、多用戶(hù)多輸入和多輸出（MIMO）。

　　當(dāng)使用最大帶寬160 MHz、8x8 MIMO配置、256-QAM和短保護(hù)間隔時(shí)，802.11ac理論上可獲得最大6.93 Gbit/s。當(dāng)使用80 MHz帶寬、4 tx通道以及256-QAM調(diào)制時(shí)，平均數(shù)據(jù)率為1.56 Gbit/s。

　　以下步驟可用于計(jì)算下列配置的數(shù)據(jù)率：80 MHz帶寬、帶800 ns保護(hù)間隔的64-QAM信號(hào)以及一條空間流。基本上有234數(shù)據(jù)載波（242—8導(dǎo)頻）。符號(hào)率計(jì)算方式如下：256/80 MHz + 800 ns （GI）。將數(shù)值代入數(shù)據(jù)率公式可得：

?????? 其中

　　NBPSCS = 每子載波每空間流的編碼位數(shù)

　　NSD = 每頻段的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)數(shù)

　　R = 碼率

　　TSYM = 符號(hào)間隔

　　多用戶(hù)MIMO （MU-MIMO）

　　MU-MIMO可允許一個(gè)終端同時(shí)與同一個(gè)波段的多個(gè)用戶(hù)收發(fā)信號(hào)。MU-MIMO屬于高級(jí)MIMO技術(shù)，可利用多個(gè)獨(dú)立無(wú)線(xiàn)電終端以便提高單個(gè)終端的通信能力。單用戶(hù)MIMO僅考慮使用實(shí)際連接至每個(gè)單獨(dú)接線(xiàn)端的多個(gè)天線(xiàn)。

圖5.MU-MIMO屬于802.11ac的特有概念，可允許多個(gè)接收器。

　　PXI平臺(tái)通過(guò)背板以及NI PXI儀器中嵌入的同步和內(nèi)存核心（SMC）芯片可提供同步能力，使得該P(yáng)XI平臺(tái)尤其適用于MIMO。通過(guò)NI-TLCK技術(shù)，可在多個(gè)分析儀和發(fā)生器（甚至多個(gè)連接機(jī)箱）間獲得高達(dá)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(gè)機(jī)箱中使用多達(dá)5個(gè)VST以便創(chuàng)建完整的5x5 MIMO系統(tǒng)。通過(guò)傳統(tǒng)盒式儀器實(shí)現(xiàn)類(lèi)似系統(tǒng)時(shí)將會(huì)需要更復(fù)雜的線(xiàn)纜和儀器設(shè)置。

圖6. 一套4x4 MIMO 802.11ac解決方案可方便地置于一臺(tái)18插槽PXI Express機(jī)箱中。