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)時需要注意的信道估計和追蹤的方法，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作為近年來一個熱門的話題，其中的測試項目也五花八門，行業(yè)中各個廠家也各有側(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)驗證。

這些特殊項目也構(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，除了做單個器件芯片的驗證以外，當(dāng)然還要評估整個射頻集成電路（Radio Frequency Integrated Circuit，RFIC）整體的驗證，進(jìn)行SOC級別的RFIC測試可以驗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，以及在整個系統(tǒng)中的性能是否符合設(shè)計要求。

這個時候系統(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)字信號生成與解調(diào)等等。這個時候板子上的信號往往是I/Q分離的，這樣可以在基帶級別對同相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-四個端口單獨(dú)測試和校準(zhǔn)每個分量。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失真，更容易地模擬各種信號條件，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，這時候就需要具備高動態(tài)范圍和低噪聲水平的模擬IQ接口的測試儀器。SMW200A矢量信號發(fā)生器和FSVA3000系列的信號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)載兩個狀態(tài)下可以精確得到設(shè)備噪聲系數(shù)，借助信號源和頻譜儀的K18選件，可以讓信號反復(fù)迭代修正信號源發(fā)出的源文件，實(shí)現(xiàn)鏈路DPD，達(dá)到拓展信號強(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)傳輸信號中的數(shù)據(jù)和天線間的串?dāng)_，所有天線的測試需要同時同步實(shí)施才行。

我們先從信號生成端進(jìn)行考慮，SMW200A信號發(fā)生器可以配置兩個獨(dú)立的通道，本身內(nèi)部的基帶可以合并成一個基帶設(shè)置兩個空間流來實(shí)現(xiàn)2流的信號輸出，而配備上射頻前端SGT100A矢量信號源連接到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場景下的多流信號產(chǎn)生

以2流信號輸出為例，在一臺雙通道信號發(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2流輸出的架構(gòu)，這時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流信號生成

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

1.Simultaneous需要每一個信號流對應(yīng)一臺儀器，通過LAN口通信這些儀器，并在選擇的一臺主機(jī)中給各個從機(jī)輸出參考頻率，最后在主機(jī)中統(tǒng)一解調(diào)，這對測試環(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)矩陣切換多個天線發(fā)出的數(shù)據(jù)流，分時序的方式自動采集各個源的信號，并整合進(jìn)行計算，此方法適用于天線數(shù)較多的情況，更加傾向于自動化測試的環(huán)境搭建。

3.Sequential Manual手動切換多個通道數(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算功能得到完整的解調(diào)信息。跟方法2一樣，想要通過時序的方式采集多流信號數(shù)據(jù)，無論是用開關(guān)矩陣切換還是手動切換都需要信號滿足每個流數(shù)據(jù)的PPDU內(nèi)容在時間上滿足完全一樣的特性。

對于每個天線來說，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信號中，很難達(dá)到這個條件，畢竟每個流的信號在生成時就會被賦有不同的signal field以適用于多個場景，所以該測試項僅適用于實(shí)驗室研發(fā)場景，用信號源生成的標(biāo)準(zhǔn)WLAN的多流信號進(jìn)行MIMO信號產(chǎn)生能力的驗證。

圖4 FSW對于MIMO信號的抓取

那么我們這里就可以對一個2流信號做一個簡單的信號源頻譜儀直連的MIMO信號分析驗證，選擇MIMO采集模式，通過兩次通道的信號抓取以及計算結(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信號的時域波形和解調(diào)結(jié)果?？梢钥吹角逦膬蓚€空間流分別的星座圖與解調(diào)EVM數(shù)據(jù)：

圖5 Wi-Fi 7 MIMO信號的解調(diào)

我們這里只是用信號源與頻譜儀直連驗證了MIMO信號收發(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)對這些挑戰(zhàn)采用信號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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