Qualcomm Atheros verbessert WLAN-Testgeschwindigkeit und -abdeckung mit dem NI-PXI-Vektorsignal-Transceiver und NI LabVIEW

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"Mit dem softwaredesignten NI-PXI-Vektorsignal-Transceiver und der NI WLAN Measurement Suite erhöhten wir die Testgeschwindigkeiten um mehr als das 200-Fache im Vergleich zu herkömmlichen Stand-alone-Messgeräten und konnten die Testabdeckung erheblich verbessern."

- Doug Johnson, Qualcomm Atheros

The Challenge:
Entwicklung eines Systems für den Test unterschiedlicher WLAN-Standards, das eine hohe Testgenauigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Charakterisierungszeiten der stetig komplexer werdenden Geräte bietet

The Solution:
Einsatz des NI-PXI-basierten Vektorsignal-Transceivers und des NI LabVIEW FPGA Module ermöglicht die Erstellung eines maßgeschneiderten, flexiblen WLAN-Prüfsystems, das eine 200-fache Reduzierung der Testzeit im Vergleich zu den bisher eingesetzten Stand-alone-Messgeräten erzielte und so zu niedrigeren Testkosten und einer besseren Gerätecharakterisierung führte

Author(s):
Doug Johnson - Qualcomm Atheros

Seit über 20 Jahren gehört Qualcomm Atheros zu den führenden Unternehmen im Bereich fortschrittlicher Wireless-Technologien für Netzwerktechnik, Unterhaltungselektronik, Datenverarbeitung und Kommunikation mobiler Geräte. Aktuell entwickeln wir Wireless-Technologien mit hohem Durchsatz wie etwa WLAN weiter, um den Anforderungen neuer Anwendungen zu entsprechen. Der neueste Chip von Qualcomm Atheros ist ein Dreifach-MIMO-Transceiver für den neuen WLAN-Standard IEEE 802.11ac.

Anforderungen an ein neues WLAN-Prüfsystem

Da Wireless-Standards immer komplexer werden, steigt auch die Anzahl der Betriebsmodi für diese Geräte exponentiell. Mit der nächsten Evolutionsstufe der WLAN-Standards, 802.11ac, kommen neue Modulationsformate, mehr Kanäle, mehr Einstellungsmöglichkeiten für Bandbreiten und zusätzliche räumliche Streams hinzu. Die Charakterisierung von WLAN-Transceivern ist zudem angesichts der zahllosen unabhängigen Verstärkungseinstellungen eine besondere Herausforderung.

Jeder Bestandteil eines WLAN-Transceivers verfügt über mehrere Verstärkerstufen. Um ein leistungsstarkes RF-System auf Basis eines kostengünstigen CMOS-Verfahrens zu entwickeln, verlässt sich das Entwicklerteam bei Qualcomm Atheros bei jeder Stufe der RF-Struktur auf einen flexiblen Betrieb. Verschiedene Verstärkungseinstellungen sorgen für eine ausgesprochen hohe Anzahl möglicher Einstellungskombinationen, während jede Stufe hinzugefügt wird. Daraus ergeben sich unzählige Datenpunkte für einen einzigen Betriebsmodus. Diese Hunderte von Datenpunkten sind nur für einen einzigen RF-Transceiver, und die Zahl der Anordnungsmöglichkeiten nimmt für MIMO-Konfigurationen, bei denen das System mehrere räumliche Streams nutzt, weiterhin zu. Dieser Zuwachs bei der Anzahl möglicher Einstellungskombinationen stellt eine erhebliche Herausforderung dar, wenn es darum geht, den Anstieg der Testzeiten zu verhindern.

Abb. 1: Das Blockdiagramm eines typischen WLAN-Empfängers zeigt, dass jede Komponente mehrere Verstärkerstufen hat, woraus sich Hunderte von verschiedenen Verstärkungseinstellungen für einen einzigen Empfänger ergeben.

NI-PXI-Vektorsignal-Transceiver und LabVIEW FPGA

Um diesen Herausforderungen im Hinblick auf die Testzeit zu begegnen, nutzt Qualcomm Atheros den Vektorsignal-Transceiver NI PXIe5644R . Da dieser einen integrierten FPGA bietet, können wir die digitale Schnittstelle zum Chip mit dem im Vektorsignal-Transceiver enthaltenen RF-Signalgenerator und RF-Signalanalysator simultan steuern.

Bislang wurden FPGAs mithilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL oder Verilog programmiert. Viele Ingenieure und Wissenschaftler sind jedoch entweder mit diesen komplexen Sprachen nicht vertraut oder benötigen ein Werkzeug, das die Produktivität bei der Entwicklung auch auf einer höheren Abstraktionsebene noch zu steigern vermag und so den Vorgang zur Erzeugung von FPGA-Code vereinfacht. NI LabVIEW ist besonders für die FPGA-Programmierung geeignet, weil es Parallelität und Datenfluss eindeutig abbildet, so dass im herkömmlichen FPGA-Design erfahrene wie auch unerfahrene Anwender die Leistung rekonfigurierbarer Hardware voll ausnutzen können.

Qualcomm Atheros nutzte LabVIEW zur Programmierung des FPGAs im NI-Vektorsignal-Transceiver für die Steuerung der Prüflinge und die Datenverarbeitung. Die Verarbeitung kann im Messgerät selbst erfolgen, anstatt Übertragungen zwischen Bussystem und Controller zu erfordern. Somit ergeben sich erheblich schnellere Testzeiten.

 

Abb. 2: Qualcomm Atheros steuert den Prüfling digital durch Einsatz von LabVIEW für die Programmierung des FPGAs im NI-Vektorsignal-Transceiver.

Die üblichen Stand-alone-Messungen beschränken sich auf eine bestmögliche Schätzung der auszuwählenden möglichen Verstärkungsfaktoren. Bei diesem Aufbau bestimmte das Team von Qualcomm Atheros die endgültige Lösung über iterative Schätzungen, wobei jede eine Regression der Verstärkungsfaktoren erforderte. Dieser relativ langsame Prozess ergab ca. 40 aussagekräftige Datenpunkte pro Durchlauf.

Nach Umstellung auf den NI-PXI-Vektorsignal-Transceiver konnten wir vollständige Sweeps über Verstärkungsfaktorbereiche durchführen und benötigten aufgrund kürzerer Testzeiten den iterativen Ansatz nicht mehr. Das Team konnte anschließend den gesamten Bereich des RF-Betriebs mit einem Test-Sweep pro Gerät charakterisieren, um alle 300.000 Datenpunkte zur besseren Bestimmung der optimalen Betriebseinstellungen empirisch zu erfassen. Dank dieser Daten erhielten wir einen Einblick in den Gerätbetrieb, den wir bislang in dieser Art nicht hatten, so dass das Team bisher unberücksichtigte Betriebszustände nun ebenfalls untersuchen kann.

Abb. 3: Mit klassischen Messgeräten wurden ungefähr 40 Punkte aussagekräftiger Daten des WLAN-Transceivers pro Durchlauf gesammelt. Die Geschwindigkeitssteigerung des NI-PXI-Vektorsignal-Transceivers führte komplette Sweeps über Verstärkungsfaktorbereiche aus, um alle 300.000 Punkte zu erfassen.

Durch die Synchronisation des Timings der digitalen Steuerung direkt mit dem RF-Frontend des Messgeräts erlebten wir eine Steigerung der Testzeiten um mehr als das 20-Fache im Vergleich zu unserer bisherigen PXI-Lösung und um das bis zu 200-Fache verglichen mit der ursprünglichen Lösung, bei der klassische Messgeräte verwendet wurden.

Abb. 4: Durch die Synchronisation des Timings der digitalen Steuerung direkt mit dem RF-Frontend des Messgeräts verbesserte Qualcomm Atheros die Testzeiten um das 20-Fache im Vergleich zu unserer bisherigen PXI-Lösung und um das bis zu 200-Fache verglichen mit klassischen Messgeräten.

Mehr Freiheiten, Flexibilität und Testdurchsatz

Für Qualcomm Atheros sind die Flexibilität der Messsysteme und die vollständige Steuerung entscheidend dafür, den RF-Testprozess so effizient wie möglich zu gestalten. Wir freuen uns über die Leistungssteigerungen, die wir bei Tests mit dem neuen Vektorsignal-Transceiver von NI verzeichnen. Der NI PXIe-5644R bietet uns die Freiheit und die Flexibilität so, wie wir sie bei der Entwicklung unserer Lösungen nach dem Standard 802.11ac für unsere Kunden benötigen. Mit dem VST haben wir den Prüfdurchsatz entscheidend verbessert.

Weitere Informationen zu dieser Anwendung erhalten Sie von:

Erik Johnson
Product Manager, RF and Wireless Test
National Instruments
512.683.9916

Author Information:
Doug Johnson
Qualcomm Atheros

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