概述
        在下一代無線局域網(wǎng)白皮書中已經(jīng)討論了最新的802.11標(biāo)準(zhǔn)存在的一些問題嚣刺。眾所周知助碰，測試工程師都想盡快找到測試該標(biāo)準(zhǔn)的測試設(shè)備棋蒂。大多數(shù)測試工程師發(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)無法適用于該情況。出現(xiàn)該問題的原因十分簡單：測試工程師急需各種資源婚乌，主要包括時(shí)間拗疯、預(yù)算和空間擒蝎。當(dāng)前測試工程師已通過各種新技術(shù)來縮減預(yù)算并減小空間，以及加快測試和開發(fā)時(shí)間消玄。NI提供的用戶可編程FPGA儀器可幫助測試工程師解決這些問題魔吐。本文章主要討論通過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) 針對802.11ac進(jìn)行測試的優(yōu)勢。
WLAN測量入門指南
        NI PXIe-5644R是業(yè)界首臺矢量信號收發(fā)儀(VST)莱找。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嗜桌，可用于提高測試速度或?qū)崿F(xiàn)各種實(shí)時(shí)算法奥溺，如快速傅立葉變換(FFT)、功率控制以及調(diào)制或解調(diào)等骨宠。完整的WLAN測試儀器的寬度為三個(gè)PXI Express插槽浮定，并包括可用于待測設(shè)備(DUT)控制類型應(yīng)用的數(shù)字I/O端口。

圖2. 利用NI WLAN分析工具包可方便地使用NI PXIe-5644R進(jìn)行測量。

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

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

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    IEEE草案要求802.11ac標(biāo)準(zhǔn)可向后兼容802.11a和802.11n的5 GHz波段凿食，以便允許同時(shí)存在不同標(biāo)準(zhǔn)窘螃。部分其它強(qiáng)制規(guī)范包括：80 MHz帶寬、256-QAM調(diào)制馒俊、高達(dá)8條空間流册向、多用戶多輸入和多輸出(MIMO)。
當(dāng)使用最大帶寬160 MHz就用、8x8 MIMO配置顿豹、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霉处。當(dāng)使用80 MHz帶寬跋擅、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嫌松。
        以下步驟可用于計(jì)算下列配置的數(shù)據(jù)率：80 MHz帶寬沪曙、帶800 ns保護(hù)間隔的64-QAM信號以及一條空間流奕污。基本上有234數(shù)據(jù)載波（242—8導(dǎo)頻）液走。符號率計(jì)算方式如下：256/80 MHz + 800 ns (GI)碳默。將數(shù)值代入數(shù)據(jù)率公式可得：
        數(shù)據(jù)率 = 
        數(shù)據(jù)率 =
        數(shù)據(jù)率 =
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 = 符號間隔

多用戶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)用戶收發(fā)信號。MU-MIMO屬于高級MIMO技術(shù)缘眶，可利用多個(gè)獨(dú)立無線電終端以便提高單個(gè)終端的通信能力嘱根。單用戶MIMO僅考慮使用實(shí)際連接至每個(gè)單獨(dú)接線端的多個(gè)天線。

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

        PXI平臺通過背板以及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平臺尤其適用于MIMO顶燕。通過NI-TLCK技術(shù)凑保，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提供更小尺寸涌攻，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)欧引。通過傳統(tǒng)盒式儀器實(shí)現(xiàn)類似系統(tǒng)時(shí)將會(huì)需要更復(fù)雜的線纜和儀器設(shè)置。

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

用戶可編程FPGA的優(yōu)勢
        雖然在射頻儀器中使用FPGA并不是新概念迈招，但NI PXIe-5644R為用戶提供了新的可編程FPGA。FPGA可用于以下應(yīng)用：
        ? 伺服
        ? 自動(dòng)增益控制
        ? 調(diào)制和解調(diào)
        ? FFT和平均
        ? 通道仿真
        傳統(tǒng)盒式儀器將會(huì)限制使用諸如FFT和觸發(fā)等算法衣剂。對盒式儀器使用的FFT或觸發(fā)進(jìn)行自定義通常十分困難吭芯。類似于在手機(jī)上自定義各種應(yīng)用，新的基于軟件的儀器可允許工程師根據(jù)需要對儀器進(jìn)行完全自定義拷治。
獲取最佳EVM值
        隨著調(diào)制方式越來越復(fù)雜兰歼，保持高質(zhì)量的信號變得更加重要。表1顯示了802.11ac中不同調(diào)制方式的RMS EVM要求胃琴。

表1. 802.11ac中調(diào)制方式的RMS EVM要求

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    測試設(shè)備通常需提供比規(guī)范要求（如-32 dB用于256 QAM）高至少10 dB的測量能力廊擦，從而提供足夠的空間用于特征和產(chǎn)品測試。如圖7所示遥附，NI PXIe-5644R可提供業(yè)界領(lǐng)先的EVM值觉浦。

        針對所有無線標(biāo)準(zhǔn)和測試設(shè)備，可以通過調(diào)整軟件和硬件以獲取最佳測量方式跋岳。使用NI PXIe-5665 VSA進(jìn)行相鄰?fù)ǖ朗д鏈y量中討論了可用于信號分析儀的部分硬件優(yōu)化院仿。
        下面將討論諸如相位跟蹤、通道跟蹤速和、正交偏移補(bǔ)償?shù)绕渌鼉?yōu)化方式歹垫。
        注： 以下圖片均使用通過NI PXIe-5644R環(huán)回模式生成和采集的80 MHz、MCS 9 802.11ac信號颠放。

圖8. NI PXIe-5644R可對80 MHz 256-QAM信號進(jìn)行-46 dB EVM測量排惨。

相位跟蹤
        相位跟蹤可用于跟蹤由殘余頻偏和相位噪聲引起的調(diào)制符號的相位變化吭敢。如果將正交頻分復(fù)用(OFDM)相位跟蹤方法設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11a-1999的17.3.9.7章節(jié)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11n-2009的20.3.21.7.4章節(jié)指定暮芭，該工具包可對OFDM符號執(zhí)行基于導(dǎo)頻的通用相位誤差糾正鹿驼。
        如果將OFDM相位跟蹤方法設(shè)置為瞬時(shí)，WLAN分析工具包可對OFDM符號執(zhí)行基于導(dǎo)頻的通用相位誤差糾正辕宏，以及在每個(gè)調(diào)制符號中補(bǔ)償相位失真畜晰。IEEE標(biāo)準(zhǔn)中并未定義該類型補(bǔ)償，但該補(bǔ)償對于確定幅值中調(diào)制失真和相位誤差十分有用瑞筐。通過該相位跟蹤方法舷蟀，該工具包僅計(jì)算誤差向量幅度(EVM)，EVM為對包長度和不同子載波的復(fù)數(shù)調(diào)制符號變化引起的誤差面哼。
默認(rèn)值為標(biāo)準(zhǔn)。
        注：下圖為放大的256-QAM信號圖绷煎。為了更好的說明參數(shù)變化效果筹唠，下圖僅顯示了4個(gè)符號。

圖9. 上圖顯示了80 MHz 802.11ac信號進(jìn)行相位跟蹤對EVM數(shù)的影響火毕。該圖表在256-QAM信號圖中僅顯示了4個(gè)符號傀蒲。

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通道跟蹤
        通過啟用通道跟蹤，WLAN分析工具包可估計(jì)前導(dǎo)包和數(shù)據(jù)的通道響應(yīng)剃炬，然后將該響應(yīng)作為整個(gè)包的通道頻率響應(yīng)估計(jì)攒坊。如禁用通道跟蹤，該工具包可估計(jì)長訓(xùn)練序列(LTS)的通道響應(yīng)莫诲，然后將該響應(yīng)作為整個(gè)包的通道頻率響應(yīng)估計(jì)泰涡。

圖10. 啟用通道跟蹤的效果

正交偏移補(bǔ)償
        WLAN分析工具包也可以補(bǔ)償由于發(fā)生器/DUT引起的相位偏移。圖11顯示了帶正交偏移的信號撇涡。正交偏移補(bǔ)償最適用于帶大量點(diǎn)的調(diào)制方式（如256 QAM）像兆。

圖11. 帶正交偏移的信號

        256-QAM信號圖（已放大為僅顯示4個(gè)符號）顯示了正交偏移補(bǔ)償?shù)男Ч?/font>