配置软件定义的WLAN测试系统

1. WLAN物理层介绍

WLAN标准是根据IEEE 802.11工作小组所定义并维护的，其中包含芯片制造商和接入点制造商。 此团队已经定义了多个802.11标准 – 从802.11a到802.11z均囊括在内。 然而，对WLAN设备而言，最常见的协议为IEEE 802.11a、b、g，与n。

在1999年，工作团队为WLAN设定了802.11a与802.11b标准。 若将IEEE 802.11a标准设定为5 GHz的未授权工业、科学与医疗(ISM)频带，则可达到最高54 Mb/s的传输率。 相对来说，IEEE 802.11b标准则可于2.4 GHz ISM频带上达到最高11 Mb/s的信息传输率。 2003年发布的IEEE 802.11g，也可在2.4 GHz的ISM频带达到最高54 Mb/s的数据传输率。 IEEE 802.11n为目前最新的版本，其中整合如多重输入/输出(MIMO)与并行通道的功能，可于2.4与5 GHz频带中达到300 Mb/s的数据传输率。

WLAN所使用的2组基本传输构架，分別为直接序列展频(DSSS)与正交频多分工(OFDM)。 此外，其内在的调制架构包含CCK，以及BPSK与64-QAM等正交架构。 表1即为使用特定传输构架与调制类型的标准。

表1. 多个802.11版本所使用的传输构架与调制类型

与WiMAX(IEEE 802.16d/e)和3GPP长期演进技术(LTE)的OFDM构架标准不同，WLAN的OFDM信号中，所有子载波均使用相同的调制架构。 因此对IEEE 802.11a/g信号而言，调制构架可直接影响最大传输率，与特定信号的编码速率。 表2呈现了此关系。

表 2. 数据传输率、编码速率，与突发间隔时间的关系

在表2中如54 Mb/s的高信号传输率，则必须使用如64-QAM的高位调制构架。 更进一步来说，1024数据比特的标准突发间隔，将大幅高于低位的调制构架。 当要提升测试系统的测量速度时，必须先了解较长突发间隔与较长测量时间的关系。 一般来说，当在单一突发上执行误差矢量幅度(EVM)测量时，若能使仪器设定仅采集所需的测量资料，即可加快测量速度。 举例来说，当测量64-QAM突发时，若将采集时间长度设定为200 µs，则其测量速度可高于10 ms或以上的时间长度。

2. 射频虚拟仪器概述

只要通过NI软件定义的WLAN测试，即可选择多款仪器来测试WLAN设备。 本技术白皮书概述了虚拟PXI测量系统的构架，从而说明传统仪器和虚拟仪器之间的差异。

PXI仪器整合高性能的多核心控制器、高速 PCI/PCI Express数据总线，与经优化的测量算法，可达到业内首屈一指的测量速度。 WLAN测量所使用的软件即为NI WLAN测量套件，其中包含NI WLAN分析与WLAN生成工具包。 推荐使用的NI硬件有NI PXIe-5663矢量信号分析仪与NI PXIe-5673矢量信号生成器。 NI PXIe-5663可进行10 MHz至6.6 GHz的信号分析，并可达最高50 MHz的瞬间频宽。 NI PXIe-5673则可产生85 MHz至6.6 GHz的信号，并达到最高100 MHz的瞬间频宽。 其中任1组仪器均可搭配其他生成器或分析器，以执行相位相干测量。 图1则为常见的WLAN设备测试系统设定，并具备矢量信号生成器与矢量信号分析仪。

图1. 进行WLAN测量的PXI系统

软件定义的仪器，特別适用于自动化测试应用。 从构架上来说，PXI模块化仪器与传统仪器的主要差异，即为其处理核心。 虽然这两组系统使用多个相似的组件，但其主要区别在于PXI系统可使用高性能的多核心中央处理单元(CPU)。 图2即为具备多个相同核心组件的传统与PXI仪器，包含记忆体、高动态范围的模数转化器与高性能射频前端。

图2. 用户定义的CPU是PXI射频仪器的必要组件。

PXI模块化仪器的多核心CPU，可达到极佳的信号处理能力。 因此，与传统仪器相比，多款基于PXI测量系统的速度已大幅提升。 一般来说，来自Intel与AMD等芯片制造商的CPU效能均遵循摩尔定律持续成长。 因此，当制造商发布新款处理器时，用户仅需升级PXI系统的控制器即可。 针对现有的测试系统，仅需花费部分组件的成本，即可大幅提升测量速度。

软件定义仪器的第二个优势，既为可在单一硬件平台上测试多种无线标准。 此项优点特别适用于多标准的消费者产品，或系统单芯片的设备。在过去，受测设备包含GPS接收器、WLAN无线电与FM收音机，工程师因此必须购买数款专用的仪器。 而通过软件定义的仪器，仅需整合常见硬件并使用专属的软件工具包，即可测试所有标准。 图3即为此概念。

图3. 软件定义的仪器构架

图3中，可使用通用的射频前端(生成器或分析仪均可) 搭配基于Windows的CPU，即可建立软件定义的仪器。 通过NI的软件定义射频仪器，即可测试WLAN、GPS、GSM/EDGE/WCDMA、WiMAXTM、BluetoothTM、DVB-T/ATSC/ISDB-T、FM/RDS/IBOC以及其他无线标准。

3. NI WLAN测量套件介绍

现有PXI仪器的软件定义特性中，如NI WLAN测