高通創銳訊 (Qualcomm Atheros) 使用 NI PXI 向量訊號收發器 (VST) 與 NI LabVIEW 將 WLAN 測試速度提升 200 倍

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"我們採用軟體設計的 NI PXI 向量訊號收發器 (VST) 與 NI WLAN 量測套餐 (Measurement Suite) 之後,測試速度比傳統的機架堆疊式儀器多了 200 倍以上,測試範圍也擴大許多。"

- Doug Johnson, Qualcomm Atheros

The Challenge:
在無線標準越來越多元,而且裝置複雜度與日俱增的同時,必須降低無線區域網路 (WLAN) 的測試成本,保有高度的測試精準度,並且縮短特性測試時間。

The Solution:
使用 NI PXI 架構的向量訊號收發器 (VST) 與 NI LabVIEW FPGA Module,建置靈活的客制化 WLAN 測試系統,相較於以前的機架堆疊式儀器,可縮短 200 倍的測試時間,進一步減少測試成本,並且提升裝置特性。

Author(s):
Doug Johnson - Qualcomm Atheros

過去 20 幾年以來,高通創銳訊在網路連線、消費性電子、運算、行動裝置通訊的新一代無線技術領域中,一直居於龍頭地位。現在我們正在改良 WiFi 等高傳輸率的無線技術,以便滿足新的連線應用需求。最新的高通創銳訊晶片是一種具有 3 組無線電的多重輸入/多重輸出 (MIMO) 收發器,適用於 802.11ac 這項最新的 WiFi 標準。

新型 WLAN 測試系統需求

由於無線標準漸趨複雜,這些裝置的運作模式數量也會隨之飆升。我們會逐漸改用 802.11ac 這項最新的 WiFi 標準,所以要持續加入新的調變機制,以及更多的通道、頻寬設定與額外的空間串流數目。此外,數以千計的獨立運作增益設定也會讓 WLAN 收發器的特性測試變得更加棘手。

WLAN 收發器的每個元件都具備多重增益階段。為了在低成本的 CMOS 流程中開發出高效能無線電,高通創銳訊的設計團隊必須針對每個無線電架構階段採用靈活的操作方式。一旦加入新的架構階段,多重增益設定便會大幅提高可能的設定組合數量,因此單一運作模式便可能具有成千上萬個資料點,而且這只是一個無線電收發器的資料點而已;如果系統搭載多個天線的話,MIMO 設定的電路排列 (permutation) 數量也會持續增加。隨著可能的設定組合數量激增,要避免測試時間延長便會是相當困難的挑戰。

圖 1. 以常見的 WLAN 接收器程式方塊圖為例,可以看出每個元件都具有多重增益階段,因此一個接收器可能會有成千上萬種不同的增益設定。

NI PXI 向量訊號收發器 (VST) 與 LabVIEW FPGA

為了解決這類測試時間的挑戰,高通創銳訊採用 NI PXIe-5644R 向量訊號收發器 (VST)。由於 NI PXIe-5644R 內建 FPGA,所以可透過向量訊號收發器內的 RF 訊號產生器/分析器,同時控制晶片的數位介面。

一般而言,FPGA 的程式設計必須藉由 VHSIC 硬體描述語言或 Verilog。但其實許多工程師/科學家並不熟悉這些複雜的語言,不然的話就是需要特定的工具,才能針對高階抽象層面增進設計產能,進而簡化 FPGA 程式碼的產生流程。LabVIEW 可清楚呈現平行機制與資料流,因此非常適合 FPGA 設計;無論使用者是否熟悉傳統的 FPGA 設計,都能有效運用可重設硬體的功能。

高通創銳訊採用 LabVIEW 來設計 NI 向量訊號收發器 (VST) 的 FPGA,以便控制受測裝置並處理資料。儀器內部即可執行處理程序,不需透過匯流排來回傳輸至控制器,因此有助於大幅提升測試速度。

圖 2. 高通創銳訊採用 LabVIEW 來設計 NI 向量訊號收發器 (VST) 的 FPGA,藉由數位方式來控制受測裝置。

傳統的機架堆疊式量測作業通常會受限於最佳的評估增益表選項。因此高通創銳訊的團隊必須透過反覆評估才能找出最終的解決方案,每次評估都得還原增益表特性。這是相當緩慢的流程,每次評估都會產生大約 40 個重要資料點。

改用 NI PXI 向量訊號收發器 (VST) 之後,因為測試速度變快了,所以我們可執行完整的增益表掃頻,捨棄反覆評估的方法。這樣一來,高通創銳訊的團隊即可在單一裝置的每次測試掃頻作業中,全面測試無線電運作的特性,進而擷取全部共 300,000 個資料點,以便確實判斷出最理想的運作設定。藉由這樣的資料操作流程,我們能以前所未有的方式掌握裝置的運作狀況,負責團隊即可探索以前從未想過的運作機制。

圖 3. 就傳統儀器而言,每次測試大約會取得 40 個重要的 WLAN 收發器資料點。NI PXI 向量訊號收發器 (VST) 的測試速度更快,因此能執行完整的增益表掃頻,進而擷取全部 300,000 個資料點。

我們透過儀器的 RF 前端元件,直接同步處理數位控制時序,測試速度比以前的 PXI 解決方案加快 20 倍以上;相較於原本的傳統儀器解決方案,速度更是快上 200 倍之多。

圖 4. 高通創銳訊透過儀器的 RF 前端元件直接同步處理數位控制時序,測試速度比以前的 PXI 解決方案多了 20 倍以上,甚至超越傳統儀器 200 倍之多。

提供更出色的彈性、自由度、測試效能

對高通創銳訊來說,儀器彈性與精密控制非常重要,因為這可以有效提升 RF 測試流程的效率,所以我們使用 NI 全新的向量訊號收發器時,優異的測試效能讓人非常滿意。我們為客戶開發 802.11ac 解決方案的時候,NI PXIe-5644R 提供我們更多自由與彈性,因此測試效能相當出色。

若要進一步了解此應用案例,請聯絡:
Chris N. White
RF 與無線測試專案經理
NI 國家儀器
512.683.6342

Author Information:
Doug Johnson
Qualcomm Atheros

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