Wi-Fi 7測試實(shí)戰(zhàn)之WLAN SOC芯片與MIMO測試

上一期文章我們講到Wi-Fi 7極致的EVM分析，講述了影響EVM測試的因素如頻率響應(yīng)和波峰系數(shù)，以及在解調(diào)時(shí)需要注意的信道估計(jì)和追蹤的方法，最后我們引入了新的FSW-K575選件做IQ噪聲消除功能來通過算法進(jìn)一步提高EVM測量性能。

隨Wi-Fi 7作為近年來一個(gè)熱門的話題，其中的測試項(xiàng)目也五花八門，行業(yè)中各個(gè)廠家也各有側(cè)重，包括：

功放廠家關(guān)注數(shù)字預(yù)失真（DPD）、峰均比（PAPR）；

無線設(shè)備制造商關(guān)注誤差矢量幅度（EVM）、IQ數(shù)據(jù)不平衡；

半導(dǎo)體公司關(guān)注IQ噪聲、噪聲系數(shù)（NF）；

系統(tǒng)制造商更關(guān)注總體衡量的指標(biāo)，比如EVM影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量以及多用戶和MIMO的系統(tǒng)驗(yàn)證。

這些特殊項(xiàng)目也構(gòu)成了Wi-Fi 7測試中的重要環(huán)節(jié)，比如WLAN SOC（System On Chip）芯片的測試方案，噪聲系數(shù)測試，數(shù)字預(yù)失真（Digital Pre-Distortion，DPD），MIMO測試場景等。

那么本篇我們繼續(xù)以Wi-Fi 7為話題，在這一系列技術(shù)方案中以SOC芯片與MIMO測試這兩個(gè)作為演示來鋪陳深入探討這些重要參數(shù)的技術(shù)細(xì)節(jié)。

WLAN SOC測試

很多做SOC芯片測試的廠家，除了做單個(gè)器件芯片的驗(yàn)證以外，當(dāng)然還要評(píng)估整個(gè)射頻集成電路（Radio Frequency Integrated Circuit，RFIC）整體的驗(yàn)證，進(jìn)行SOC級(jí)別的RFIC測試可以驗(yàn)證射頻模塊與其他處理器，內(nèi)存，模擬IQ接口等模塊的集成是否正確，以及在整個(gè)系統(tǒng)中的性能是否符合設(shè)計(jì)要求。

這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)往往需要測試的參數(shù)很多，比如說射頻接收鏈路的噪聲系數(shù)，射頻發(fā)射鏈路的DPD，相位噪聲測試，數(shù)字信號(hào)生成與解調(diào)等等。這個(gè)時(shí)候板子上的信號(hào)往往是I/Q分離的，這樣可以在基帶級(jí)別對(duì)同相I和正交Q分量分別進(jìn)行處理和分析，甚至通過差分鏈路提高抗干擾性，允許I+，I-，Q+，Q-四個(gè)端口單獨(dú)測試和校準(zhǔn)每個(gè)分量。并且，零頻的處理減少了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了射頻鏈路帶來的外部干擾和信號(hào)失真，更容易地模擬各種信號(hào)條件，如頻率偏移，幅度，相位和調(diào)制方式等。這樣的測試板往往是沒有射頻接口的，這時(shí)候就需要具備高動(dòng)態(tài)范圍和低噪聲水平的模擬IQ接口的測試儀器。SMW200A矢量信號(hào)發(fā)生器和FSVA3000系列的信號(hào)與頻譜分析儀不僅可以用射頻接口進(jìn)行測試，還配備的模擬IQ接口的輸入和輸出，讓測試變得更加簡單。其中FSVA3000系列信號(hào)與頻譜分析儀專門為320MHz帶寬Wi-Fi7模擬IQ測試開通的±200MHz中頻帶寬選件也成為SOC芯片研發(fā)公司的首選。

圖1 SMW200A+FSVA3000模擬IQ接口Wi-Fi7測試方案

當(dāng)然，我們剛才提到的噪聲系數(shù)和DPD算法都是可以在模擬IQ接口的情況下進(jìn)行的，借助噪聲源在冷熱負(fù)載兩個(gè)狀態(tài)下可以精確得到設(shè)備噪聲系數(shù)，借助信號(hào)源和頻譜儀的K18選件，可以讓信號(hào)反復(fù)迭代修正信號(hào)源發(fā)出的源文件，實(shí)現(xiàn)鏈路DPD，達(dá)到拓展信號(hào)強(qiáng)度線性區(qū)域的效果。

MIMO測試

事實(shí)上，研發(fā)和認(rèn)證測試中的MIMO場景測量應(yīng)用更加廣泛。為了能夠完整地重現(xiàn)傳輸信號(hào)中的數(shù)據(jù)和天線間的串?dāng)_，所有天線的測試需要同時(shí)同步實(shí)施才行。

我們先從信號(hào)生成端進(jìn)行考慮，SMW200A信號(hào)發(fā)生器可以配置兩個(gè)獨(dú)立的通道，本身內(nèi)部的基帶可以合并成一個(gè)基帶設(shè)置兩個(gè)空間流來實(shí)現(xiàn)2流的信號(hào)輸出，而配備上射頻前端SGT100A矢量信號(hào)源連接到SMW200A的模擬IQ接口和數(shù)字IQ接口后，可以支持最多8流的數(shù)據(jù)測試。

圖2 MIMO場景下的多流信號(hào)產(chǎn)生

以2流信號(hào)輸出為例，在一臺(tái)雙通道信號(hào)發(fā)生器SMW200A內(nèi)部設(shè)置System Config為Coupled Source模式，并且基帶中配備2個(gè)空間流和天線傳輸矩陣，分別映射到RF端口A和端口B，可以看到界面形成了一個(gè)2流輸出的架構(gòu)，這時(shí)就可以按照要求配置我們數(shù)據(jù)流內(nèi)部的基本信息了。

圖3 SMW200A Wi-Fi2流信號(hào)生成

考慮到頻譜儀只有一個(gè)射頻輸入端口，然而空分復(fù)用要求兩個(gè)或者更多的頻譜儀才能完成與編碼矩陣的計(jì)算和信號(hào)解調(diào)。FSW的WLAN選件中在Signal Capture提供了三種不同的MIMO信號(hào)抓取方式 ：

1.Simultaneous需要每一個(gè)信號(hào)流對(duì)應(yīng)一臺(tái)儀器，通過LAN口通信這些儀器，并在選擇的一臺(tái)主機(jī)中給各個(gè)從機(jī)輸出參考頻率，最后在主機(jī)中統(tǒng)一解調(diào)，這對(duì)測試環(huán)境的要求比較高。

2.Sequential using OSP Switch Box通過外接R&S OSP系列開關(guān)矩陣切換多個(gè)天線發(fā)出的數(shù)據(jù)流，分時(shí)序的方式自動(dòng)采集各個(gè)源的信號(hào)，并整合進(jìn)行計(jì)算，此方法適用于天線數(shù)較多的情況，更加傾向于自動(dòng)化測試的環(huán)境搭建。

3.Sequential Manual手動(dòng)切換多個(gè)通道數(shù)據(jù)流，每測一次，更改一下鏈接到頻譜儀的射頻線纜方向，全部采集完后通過儀器的計(jì)算功能得到完整的解調(diào)信息。跟方法2一樣，想要通過時(shí)序的方式采集多流信號(hào)數(shù)據(jù)，無論是用開關(guān)矩陣切換還是手動(dòng)切換都需要信號(hào)滿足每個(gè)流數(shù)據(jù)的PPDU內(nèi)容在時(shí)間上滿足完全一樣的特性。

對(duì)于每個(gè)天線來說，以下參數(shù)也必須保持完全一致——

PPDU length

PPDU type

Channel bandwidth

MCS Index

Guard Interval Length

Number of STBC Streams

Number of Extension Streams

實(shí)際的MIMO信號(hào)中，很難達(dá)到這個(gè)條件，畢竟每個(gè)流的信號(hào)在生成時(shí)就會(huì)被賦有不同的signal field以適用于多個(gè)場景，所以該測試項(xiàng)僅適用于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)場景，用信號(hào)源生成的標(biāo)準(zhǔn)WLAN的多流信號(hào)進(jìn)行MIMO信號(hào)產(chǎn)生能力的驗(yàn)證。

圖4 FSW對(duì)于MIMO信號(hào)的抓取

那么我們這里就可以對(duì)一個(gè)2流信號(hào)做一個(gè)簡單的信號(hào)源頻譜儀直連的MIMO信號(hào)分析驗(yàn)證，選擇MIMO采集模式，通過兩次通道的信號(hào)抓取以及計(jì)算結(jié)果后，F(xiàn)SW可以根據(jù)我預(yù)設(shè)好的天線傳輸矩陣得到采集到MIMO信號(hào)的時(shí)域波形和解調(diào)結(jié)果?？梢钥吹角逦膬蓚€(gè)空間流分別的星座圖與解調(diào)EVM數(shù)據(jù)：

圖5 Wi-Fi 7 MIMO信號(hào)的解調(diào)

我們這里只是用信號(hào)源與頻譜儀直連驗(yàn)證了MIMO信號(hào)收發(fā)的功能，這在實(shí)際多通道發(fā)射和接收的測試場景中具有可拓展的意義。

結(jié)語

本系列文章我們講解了Wi-Fi 7帶來的新技術(shù)與挑戰(zhàn)，R&S公司應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)采用信號(hào)源和頻譜儀的測試解決方案，通過深入解析打孔頻譜發(fā)射模板，極致EVM測試優(yōu)化手段和方法，以及拓展應(yīng)用中的模擬IQ接口的WLAN芯片測試和設(shè)備MIMO測試，我們?yōu)閃i-Fi 7的性能優(yōu)化和質(zhì)量保障提供了有效支持。

大家也可以閱讀我們的Wi-Fi7技術(shù)白皮書（點(diǎn)擊原文獲取下載鏈接）以及其他測試方案文章了解更多信息，如果有其他問題需要探討也歡迎聯(lián)系我們，R&S公司將繼續(xù)置身于Wi-Fi相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)與測試事業(yè)中，做出專業(yè)的技術(shù)貢獻(xiàn)。

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