無線局域網制造測試技術的發展

2019-11-05 02:38:09

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　　無線局域網(WLAN)是移動通信發展最快的領域。在過去的短短幾年中，基于IEEE802.11b的無線網絡技術已經取得了巨大的成功，其推動力正是家庭或辦公室中價格適中的互聯網接入服務的增長。然而，人們仍不斷追求吞吐量更高的網絡，而且要求服務品質不受影響。IEEE802.11a和IEEE802.11g正是能很好滿足這些要求的技術，它們能提供比802.11b 更高的數據率，峰值數據率達到了54Mbit/s，而802.11b的峰值數據率僅為11Mbit/s。標準的發展使得WLAN器件日益復雜，假如性能要達到預期水平而且讓雙波段或多格式器件在市場中流行開來，則這些復雜的設計需要更完備和更徹底的制造測試方法。
　　　無線局域網制造測試技術的發展（圖一）

　　圖1 基于黃金射頻的制造系統
　　無線局域網制造測試技術的發展（圖二）

　　圖2 集成化的WLAN測試裝置制造系統
　　WLAN接入點和網絡接口卡的制造主要是由合同制造商(CM)和原始設計制造商(ODM)完成的。將測試成本維持在低水平上對于這些CM和ODM來說有著非常重要的意義。降低測試成本的一些要害性因素包括：
　　
　　大多數WLAN制造測試采用基于“黃金射頻”(golden radio)的系統，它們由一個已知的、優良的“金子般的”WLAN射頻裝置、一臺頻譜分析儀、功率計和電源組成。此外，為了讓DUT能得到專有的測試模式處理并控制黃金射頻系統，還需要一套測試控制軟件。
　　
　　基于黃金射頻的系統雖然經常被視為價格合理的測試系統，但它們也存在一些內在的問題，這些問題使得它們不太適合于雙波段/多格式無線電系統，也就是說，它們是專有型的，不能測量誤差矢量幅值(error vector magnitude，EVM)。
　　
　　基于黃金射頻的測試系統屬于專有型的測試系統，這是由它的本質特征所決定的。它以同種芯片組/器件作為DUT。ODM和CM都依靠芯片組廠商提供支持，對這些黃金射頻系統進行校準、操作和維護。與支持這些系統所需的工程化努力相應的成本隨著待測器件產量和種類的增加而上升。
　　
　　基于黃金射頻的測試系統無法測量EVM：802.11 a/g射頻標準采用了種類較多的調制方法，從802.11b系統的BPSK/QPSK格式一直到用于高數據率任務的64QAM。對于雙波段和多格式射頻裝置來說，要實現與其它射頻的成功互操作，制造商必須確保發射機具有高品質，這也意味著它們的EVM必須得到測試。然而，直到最近，測試EVM的設備對于制造環境而言，還是昂貴得無法承受。
　　
　　采用了簡單調制方法的802.11b標準，其效果并非強烈地依靠于調制的質量。數據碼元可以容許出現較高的誤差率而不至于導致位錯誤或者包錯誤。在低比特率系統中，在達到調制精度測試極限前發射機性能的下降一般出現在頻譜屏蔽(spectral mask)中。
　　
　　對于802.11a/g中使用的更高級格式(如64QAM)，調制的品質更為重要。調制的誤差會造成數據碼元的誤判，最終將會限制傳輸范圍和數據吞吐量。正因為如此，調制精度測試對多格式射頻來說極為要害，而802.11a/g 規范要求通過測量EVM對發射機的調制品質進行測試。EVM測量出已調制載波和理想參考信號間的差別，是對WLAN芯片組設計、開發所獲得的調制精度的測量。
　　
　　對成本敏感的制造商，所面臨的困難選擇在于：直到最近為止，市場上所能買到的、可以對WLAN所要求的(大帶寬范圍內)EVM進行測量的測試設備價格都較為昂貴。所以，制造商已經努力對黃金射頻系統采用的流程進行調整和擴展，來對調制品質進行測量。基于黃金射頻的系統進行一種稱為發送包錯誤率(transmit packet error rate，TXPER)的測試，這種測試與EVM測試目標類似(即對發射機上的調制品質進行驗證)。
　　
　　TxPER測試要讓DUT發射一個預先確定的數據包流，而使用黃金射頻中的接收機來收集數據，并將其與參考數據包進行比較，以檢驗包錯誤率(PER)是否上升。這一方法的問題在于：它是廠商專有的，很難在不同的黃金射頻上復現。黃金射頻接收機性能的變化也會帶來不同的PER結果，即使發射機性能沒有什么變化，這會導致生產線上的“虛假不合格”(即一個好的器件被認定為不合格)，并會造成產品成品率的波動。這兩種情況是每家制造商都希望避免的。
　　
　　測試設備出現的一個令人激動的進展將會改變這一切，獲得一種成本經濟性好、靈活且帶寬滿足EVM測量需要的集成化測試裝置，將有可能改變WLAN裝置測試的方式?，F在，市場上已經出現集成化的WLAN測試儀解決方案，這些測試裝置正好能提供現在黃金射頻系統所缺乏的精度、重復性、靈活性和獨立性。
　　
　　在這類系統中，黃金射頻、功率計、頻譜分析儀和相關的電纜及RF開關的功能都集成到一臺儀器中，從而大大降低了系統的復雜性和成本。整套測試裝置包括可編程矢量信號發生器和寬帶接收機，其精度與功率計相近。該系統只需要一臺PC就可以容納DUT控制軟件及WLAN測量軟件。
　　
　　校準步驟主要是對DUT中的功率放大器進行校準，做法是調節輸出功率到一個規定的絕對電平或者直到出現可容許的最大失真為止。在基于黃金射頻的系統中，測量這一失真的具體做法往往是：增加DUT的功率級，直到發射信號的某些特性，如頻譜旁瓣，達到預定的極限為止。
　　
　　由于這種測試方法與對直接測量EVM相比一般精度和猜測性較低，故功率級往往必須從可能的最大水平上降低一點，因此測出的系統性能要比可能的量值低一些。采用集成測試裝置后，功率、EVM以及其他的IQ偏移和信號的頻率誤差測量等可以在一次數據捕捉中全部獲取，從而完成對發射機性能的快速和精確測量。這一精度和重復性性能的提高意味著DUT放大器的整個范圍都可以得到運用，傳輸的品質也得到優化。高精度和重復性也降低了測量的不確定性，這意味著測量極限處的防護帶可以降低，而可以提高成品率。
　　
　　屬于可修調測試平臺的集成化測試裝置，將幫助WLAN模塊的制造商快速地提高生產量，提高制造成品率的同時降低測試的總成本。那些獨立于任何一家制造商的芯片組且精度、帶寬和頻率范圍等基本要求均得到保證的測試系統，對于WLAN制造商來說是理想的選擇，其架構也能很好的提供WLAN器件測試的新方法，而且可以更輕易的適應未來技術。由于測試的靈活性在許多制造環境中起著要害的作用，所以這類技術將是長久應用的解決方案。

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