PXI仪器效能升级　802.11ac测试效率大跃进

新一代802.11ac标准带来许多挑战，相信许多测试工程师正忙着找出最合适的测试设备。而要以旧方法找出效能最佳的单机台仪器显然是完全不可行，肇因于现今测试工程师是时间、成本、空间等资源有限，须进一步减少空间，且缩短测试与开发时间，同时还能为公司精简预算，因此厂商若能提供使用者可设定功能的现场可编程门阵列(FPGA)架构仪器，协助测试工程师解决这些挑战，对工程师来说，无非是工作上的一大帮助。本技术文章的重点在于特地使用开放式FPGA来测试802.11ac标准的优势。

灵活运用分析工具组　加速讯号产生与撷取效率

无线局域网络(WLAN)分析工具组的软件人机接口可搭配PXI仪器使用，提供快速的产生或撷取功能。使用者可将分析软件人机接口用于已调变或频谱量测作业；也可将两个小封装热插拔收发器(SFP)搭配最多四个PXI仪器，打造4×4多重输入多重输出(MIMO)的设定配置。

802.11ac于5GHz频带运作，强制频宽则为20、40、80MHz；160MHz支持功能目前仍属于选择性的。此外，测试人员也可选择非邻近的80+80MHz发射(TX)与接收(RX)频宽。根据IEEE目前的规定(图1)，802.11ac标准须在5GHz频带内与802.11a和802.11n向下兼容，确保不会彼此排斥。其它的强制规格还包含80MHz频宽、256QAM调变、最多八个空间串流与多个使用者的MIMO功能。

图1802.11ac频带配置图

事实上，只要搭配160MHz最大频宽、8×8MIMO设定、256QAM与短防护周期，802.11ac即可发挥6.93Gbit/s的理论最大值。频宽为80MHz，再加上四个TX通道与256-QAM调变时，平均数据传输率便是1.56Gbit/s。

有鉴于此，80MHz频宽、64QAM讯号、800奈秒(ns)防护周期，再加上一个空间串流的数据传输率计算步骤如下。基本上总共会有两百三十四个数据载波，符码率的计算方式则为256/80MHz+800ns，再加上数据传输率公式的数字，就可以得到以下三个公式。其中，NBPSCS是每个空间串流中，每个子载波的已编码位数；NSD是每个频率区段中复杂数据数字的数目；R为编码率；TSYM则是符码周期。

支持多个讯号 MIMO技术全面进化

如图2所示，MU-MIMO可以一个终端同时在相同频带中的多位使用者之间传输或接收讯号。MU-MIMO是一组进阶的MIMO技术，运用多个独立的无线电终端，来提升每个终端的通讯效能。单一使用者的MIMO仅限于存取确实连接至个别终端的多个天线。

图2 MU-MIMO对802.11ac而言堪称一种突破，因其支持多个讯号接收者。

使用PXI仪器对于MIMO技术而言非常合适，因其同步处理PXI仪器内建的背板与同步化和内存核心(SMC)芯片。透过各家PXI仪器商的技术，即可在不同的分析器或生产器之间，达到最高0.1度的相位偏差。

此外，目前市面上已有非常小巧的PXI VST仪器，单一机箱最多可安装五个VST、十八个插槽，以便打造完整的5×5MIMO系统。反观，若采用传统的箱型仪器来建置这样的系统，缆线与仪器设定会变得非常复杂。

导入客制化FPGA组件　量测效能升级

使用FPGA搭配RF仪器并非全新概念，不过提供使用者可设定功能的FPGA却是前所未见的创新功能。开放式FPGA的用途包括自动增益控制、调变/解调变、傅立叶转换(FFT)与平均、信道仿真等。

由于传统箱型仪器会限制表达式的存取功能，例如FFT或甚至触发。使用者如要客制箱型仪器所使用的FFT或触发表达式，可能会有点困难。不过新一代的软件设计仪器可让工程师针对个人需求来客制化仪器，就像是客制化手机应用程序一样。 随着调变方式越来越复杂，工程师也必须维护出色的讯号质量。表1显示出802.11ac不同调变方式的RMS错误向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)规定。 测试设备的量测能力必须优于此规格(256QAM为-32 dB)，至少要10dB才能提供充裕的特性与生产测试空间。如图3所示，PXI仪器的EVM数据领先业界，就像所有的无线标准与测试设备一样，使用者可以稍加修改软硬件，以便充分发挥量测效能。

图3 使用高效能PXI仪器的802.11ac EVM回送模式

软硬件高度整合　测试精准度大幅提升 另一方面，本文将会持续讨论其它最佳化设定的效能；包含相位追踪、通道追踪、相位差歪曲补偿。图4为PXI针对80MHz、256QAM讯号进行-46dB的EVM量测，透过先进的PXI仪器回送模式产生并撷取80MHz、MCS 9、802.11ac讯号。

图4 PXI可针对80MHz 256QAM讯号进行-46dB的EVM量测