应用高速数据采集卡实现无线局域网络基频发射模块测试系统

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。

图3 无线局域网络传送/接收的运作原理

此外，每一次传送的封包 (frame) 架构如图4，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。

图4 传送封包 (frame) 架构

测试方法

测试信号量测

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

图(五)为ADLINK 自行开发的实时 I-Q 信号分析程序软件界面。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。

图5 系统量测结果，包括IQ 信号，BPSK，64-QAM，与EVM

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