为何选择 WLAN 为应用对象呢？我们以台湾网通正文公司(Gemtek)为例，他们表示，2005年NB(笔记型计算机)内建WLAN模块的比例将接近90%，同时预估从第2季起内建模块的标准化将从802.11g提升为802.11a+g，全年的出货量将达到2000-2500万套之间。
图1：测试系统方块图。
另外一家公司建汉(CyberTAN Tech.) 也预期其整体WLAN产品的出货量将挑战2500万套。 阳庆(GlobalSun Tech.)正式并入友劲后，也预期2005年WLAN的出货量将挑战800万套。以上数据都显示WLAN及其相关产品未来成长的空间还很大，谁能够胜出就取决于谁能快速设计出符合规格又可以快速大量生产的产品。这一方面有赖于研发人员在研发阶段能有效解决可能发生的问题，并经完整验证；另一方面有赖于生产线是否有足够的测试机台以确保产品的品质和性能。但是以现有的测试平台价位与效率来看，动辄每台数十万人民币及每分钟一片的测试效率，各厂商(包括芯片设计, 系统生产)是否有意愿和能力购置数量如此庞大的设备以供研发单位及生产线使用, 恐怕是未来各厂商都要伤透脑筋考虑的问题。
图2：基频发射模块测试系统。
基于未来芯片和设备生产厂商势必都会加强测试实验室的建设，同时利用更多更新的测试设备来仿真实际射频网络环境，并测试产品和网络解决方案的高稳定性和可扩展性的考虑，价格低廉并且功能可以弹性扩展的研发验证工具必然有其市场。本文拟以凌华科技最近推出的PXI-9820 高速数据采集卡为核心，设计一套成本低廉、功能弹性且适于大量复制的WLAN发射模块实时误差向量幅度（real-time Error Vector Magnitude, EVM）测试系统，以期能提供给芯片设计与系统生产厂商另一个思考方向。
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图3：无线局域网络传送/接收的运作原理。 |
一、系统构成
该系统共分成三大部份：WLAN发射模块、高速数据采集卡及控制器模块、软件接口和EVM计算分析软件模块。
WLAN发射模块：
- 市售无线网卡(802.11.a) + card bus：WLAN发射模块主体。
- Analog Device Instrument (ADI) 的Evaluation board：将I+，I–，Q+，Q–差分信号转为单端输出电路之I，Q信号。
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图4：传送封包(frame)架构。 |
- ADLINK PXI-3800：Pentium-M 1.6GHz PXI 控制器，实时信号处理。
- ADLINK PXIS-2506：3U 6-slot PXI 便携式机箱。
- ADLINK PXI-9820：3U PXI 65MS/s，14-bit digitizer with on-board 128MB SDRAM，采集IQ 信号。
- ADLINK in-house 无线网卡信号控制程序：控制WLAN卡重复的产生传送封包(frame)并传送封包。
- ADLINK in-house 实时 I-Q 信号分析程序：进行离散快速傅利叶转换，64-QAM，计算EVM等。
二、原理
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图5：系统量测结果，包括IQ 信号，BPSK，64-QAM，与EVM。 |
在 IEEE 802.11a 的规格中定义了如图6的无线局域网络传送/接收的工作原理，物理层(physical layer，PHY)采用正交频分复用 (OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的技术，将不同频率载波中的大量信号合并成单一的信号，完成信号传送。在发射端 (Tx, Transmitter)，每个信号封包(frame)传送之前先利用反快速傅利叶转换(IFFT)来调变传送的信号；接着再利用相位-振幅调变 (IQ modulation，I: in-phase，Q: quadrature) 分别将相位-振幅信号取出；最后用射频 (RF，Radio Frequency) 电路将信号从基频(base band) 上变频到 5G Hz的频带再传送出去。接收端 (Rx，Receiver)则是先将射频(RF，Radio Frequency)信号降频到基频，再分别解调变出 IQ 信号后，利用快速傅利叶转换(FFT)还原每一个传送的信号封包。
为了聚焦本文的主题--高速数据采集卡的应用实例，我们在WLAN电路与信号处理上做了几个简化：
- 跳过RF射频电路，直接采集Base band基频的信号来分析。
- IQ 解调变电路是以两片ADI 的Evaluation board来实现。
- 时序同步与采样时钟同步等议题并不特别讨论。我们在单端的 IQ信号之后定义了一个简单的阈值(threshold value) ，让接收端可以在解调子载波前找到符号边界(symbol boundary)。
- 并未实现细部的信号处理技巧(譬如data descrambler/convolutional encoder/data interleaving/normalize average power/windowing function…)
此外，每一次传送的封包 (frame) 架构如图(四)，其中 802.11a/g 规范了同步码 (preamble) 部分，首先需要先发射10个重复的短训练序列(short training sequence，共8μ second)，后面跟着2个重复的长训练序列(long training sequence，总共也是8μ second)，两者都是以 BPSK 方式调变。后续的SIGNAL 与 Data 部分(皆为 4μ second)则是以 OFDM/64-QAM 方式调变。Data 的数目为任意，可以由程控。
三、测试方法
测试信号量测：测试系统的任务是对WLAN电路板的特定位置进行基频的信号测量(图（一）的Testing Point)，电路在 Guard Interval (GI) Addition 后分别接出两组测点I+, I-, Q+, Q-。这两组信号为 I 与 Q的差分信号 (differential signal)，通过一组ADI的差分信号转单端(single end) 输出的电路，我们将I与Q的信号以单端、两个频道的方式输入 PXI-9820 Digitizer。PXI-9820 的采样速率设定为 60MS/s，分辨率为14-bit，触发模式设定为 middle trigger。
测试信号产生：发射端的基频信号封包frame是由ADLINK 自行开发的无线网卡信号控制程序产生。程序会不断重复的产生传送frame，每一个封包的 preamble符号串(symbol sequences，包括两个short 和两个 long symbols) 都是依照 802.11a 规范的训练符号 (training symbol)依序产生。Data的长度与内容为任意，封包与封包的时间间隔也是任意设定的。在本测试中，Data的长度设定在4096±n 个period，时间间隔是任意设定。
基频信号分析：通过正确的触发模式设定，PXI-9820 可以精确地从每一个 frame 的起点开始数据采样，然后将整个 frame 的数据传送至 PXI-3800 控制器的内存中。通过 PXI-380强大的运算能力，所有数据会进行实时的演算，并将整个 preamble 与 DATA 的部分进行下列计算：(1)将个别的单端I，Q信号转变成一个复数信号(I+Qi，complex signal) (2)针对每个符号(symbol)，舍弃前16点循环扩展(Cyclic Extension)的部份，进行后64点的FFT计算，总计有2个短训练序列与2个长训练序列的FFT计算，接着以BPSK解调变 (3)与步骤2相同，对后续的DATA 的部分进行FFT计算，接着进行64-QAM及星座图(constellation)计算 (4)计算信号的EVM，作为传输品质及系统设计的量化参考值。其中EVM 的定义为：z为测试信号，R为理想信号，M为量测符号数，k为样本序号 
四、测试结果
图5为ADLINK 自行开发的实时 I-Q 信号分析程序软件界面。最上方绿色的信号为I part，下方的红色的信号为Q part。仔细观察这些信号，最左方规律的部分为preamble
