Empire CMS,phome.net結(jié)合RF設(shè)計與數(shù)

1、Empire CMS, 結(jié)合RF設(shè)計與數(shù)字測試解決方案來克服混合信號的BER驗證挑戰(zhàn) Empire CMS,    Empire CMS,     現(xiàn)今接收器架構(gòu)1的趨勢是將DSP移得更靠近RF天線，如此一來就需要不同以往的創(chuàng)新RF/數(shù)字驗證解決方案。包含RF降頻轉(zhuǎn)換器（downconverter）做為前端以及A/D轉(zhuǎn)換器做為后端的接收器對需要分割RF功能及驗證RF效能參數(shù)的RF系統(tǒng)工程師來說，會帶來設(shè)計和驗證方面的新挑戰(zhàn)，特別是，諸如編碼信號的誤碼率（BER）等關(guān)鍵的RF接收器效能指針帶給RF接收器的挑戰(zhàn)更是明顯

2、，因為所輸入的是模擬的RF信號，而接收器的輸出信號則是完全不同的信號格式 數(shù)字的位。盡管邏輯分析儀主要是用來分析純數(shù)字的信號，但RF系統(tǒng)工程師的驗證工具中通常不會包含邏輯分析儀。這篇文章將介紹一種新的概念：將邏輯分析儀的應(yīng)用延伸到RF系統(tǒng)工程師的驗證領(lǐng)域，所采用的方法是透過相互連接的解決方案（connected solution），將邏輯分析儀與RF設(shè)計仿真解決方案結(jié)合在一起，使得工程師可以在RF混合信號的硬件上進行編碼的BER量測。針對3GPP WCDMA和WLAN等信號格式進行編碼的BER和PER量測時，仿真設(shè)計解決方案能提供所需的基頻后處理功能，可有效地延伸邏輯分析儀的能力。此外，一旦數(shù)

3、據(jù)從邏輯分析儀讀進仿真環(huán)境中之后，就可以在測得的數(shù)字信號上使用向量信號分析（VSA）的后處理功能（仿真設(shè)計環(huán)境中有提供），使得諸如誤差向量的絕對值（EVM）等非傳統(tǒng)的RF量測項目也能引入數(shù)字的領(lǐng)域中（后A/D轉(zhuǎn)換器）。這樣一來，就可以協(xié)助RF系統(tǒng)工程師在混合信號的接收器中，跨越A/D的界限來分割RF的效能規(guī)格，并提供一種即使信號已被A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化之后，仍然可以驗證RF效能的方法。概念簡介 RF接收器可能會包含模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器，以便將中頻（IF）或模擬的I和Q信號數(shù)字化，如圖1所示1。這里我們看到三種不同的接收器架構(gòu)：1) 超外差式（superheterodyne）（上圖）、2) 直接轉(zhuǎn)換

4、（中圖）、3) 數(shù)字IF（下圖）。每一種都會在進行基頻后處理之前，于接收鏈的某個階段使用A/D轉(zhuǎn)換器。圖1：混合信號接收器的概念區(qū)塊圖。 像這樣的接收器架構(gòu)可能會為RF系統(tǒng)工程師帶來一些挑戰(zhàn)，因為輸入到接收器的信號是模擬的RF信號，但輸出信號卻是數(shù)字的。一旦IF或I和Q信號被A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化之后，傳統(tǒng)使用RF信號產(chǎn)生器和向量信號分析儀的驗證方法可能不足以對混合信號的接收器架構(gòu)進行端對端的驗證。盡管如此，RF系統(tǒng)的規(guī)格還是需要分割，整個混合信號接收器的最終RF效能也還是要加以驗證，如此一來就需要新的混合信號驗證解決方案。針對這種應(yīng)用所提出之相互連接解決方案的概念流程圖如圖2所示。其中，仿真解決

5、方案可用來產(chǎn)生仿真信號，該仿真信號會被下載到信號源的任意波形產(chǎn)生器中，以產(chǎn)生欲輸入待測裝置（DUT）的實體RF或IF測試信號。接著待測裝置（可能是一個含有A/D轉(zhuǎn)換器的接收器）會輸出一個數(shù)字的信號，此信號可用邏輯分析儀來量測和擷取。邏輯分析儀會以A/D轉(zhuǎn)換器的取樣時脈來同步擷取該數(shù)字資料，之后邏輯分析儀的內(nèi)存會被讀進仿真設(shè)計環(huán)境中，然后由仿真解決方案的基頻接收器執(zhí)行后處理，以進行BER或PER量測。圖2：相互連接解決方案進行混合信號BER量測的概念流程圖。 這種解決方案的重點包括：要將流經(jīng)待測裝置的資料量最大化，以便得到一個統(tǒng)計上有意義的BER/PER量測結(jié)果，同時還要將仿真解決方案產(chǎn)生的資料

6、與邏輯分析儀進行的量測在時間上相互同步，我們會在稍后進一步討論這些問題。 編碼信號的BER/PERRF系統(tǒng)工程師可能會面臨的一項重大挑戰(zhàn)是接收器之RF和基頻功能的分割問題，雖然A/D轉(zhuǎn)換器可能是接收器系統(tǒng)之RF單元的一部份，但在編碼信號的BER/PER量測中所考慮使用的基頻硬件/軟件譯碼功能卻不一定是。因此，要獨立于基頻單元之外來驗證RF接收器之編碼信號的BER/PER效能可能會有困難，如此一來，如果在之后的硬件測試階段發(fā)現(xiàn)了整合的問題，可能會造成測試時間的延誤以及成本的增加。進行編碼信號的BER/PER量測時，運用仿真區(qū)塊來代替未完成的基頻功能有助于克服這項驗證上的挑戰(zhàn)，也能降低RF/基頻整

7、合的風(fēng)險，這樣一來就可以獨立于基頻單元之外，在中途即進行RF測試驗證檢查，以降低整合的風(fēng)險。為了進一步說明，請看以下圖3所示的3GPP WCDMA上傳編碼結(jié)構(gòu)的概念區(qū)塊圖。圖3：3GPP W-CDMA上傳連結(jié)的概念區(qū)塊圖。 圖的左上角為專用流量頻道（DTCH）的位，所顯示的244個位是一段20 mS傳輸時間間隔（TTI）的12.2 kbps參考頻道的信號，另外還加入了循環(huán)檢查碼（CRC）位以及尾部位（tail bit），并進行1/3速率的回旋編碼（convolutional coding），且這些位會經(jīng)過交錯處理。20 mS的TTI會被切成10 mS的frame，且會插入或斷開這些位，以得到想

8、要的位速率。接著專用控制頻道（DCCH）會對傳輸頻道進行多任務(wù)處理，并進行第二次的位交錯處理。此時，專用實體數(shù)據(jù)頻道（DPDCH）會傳送I波形的3.84 MCps正交可變展頻系數(shù)（OVSF）碼，而專用實體控制頻道（DPCCH）則會傳送Q波形的3.84 MCps OVSF碼。最后會再將一個擾碼（scrambling code）加到I和Q波形中，然后經(jīng)過root-raised-cosine濾波并調(diào)變到IF或RF的載波上。由上述可知，所傳送的信號會進行大量的編碼，針對這樣的應(yīng)用，可在仿真出來的信號下載到信號產(chǎn)生器的任意波形產(chǎn)生器之前，將編碼加入仿真中，如圖2所示。在接收器端，必須要能有效地將加到傳送

9、信號上的編碼反向解出，以便恢復(fù)所傳送的原始DTCH位，這樣才能進行編碼信號的BER量測。一旦邏輯分析儀擷取到待測裝置的輸出資料，且該資料被讀進仿真解決方案中之后，就可以利用仿真出來的基頻接收器，將這項基頻功能用在待測裝置的輸出上，這一點只要深入幾個階層到基頻接收器的仿真模型即可觀察得到。圖4的右上部所顯示的就是用來提供這項功能之基頻仿真模型的一個子集。圖4：利用仿真來延伸邏輯分析儀的功能。 編碼結(jié)構(gòu)對RF BER/PER效能本身的重要性不在本文的探討范圍內(nèi)，但參考資料5、6中有詳細的說明。 測試設(shè)置方式測試設(shè)置方式的區(qū)塊圖與實機照片如圖5所示。 圖5：測試設(shè)置方式的區(qū)塊圖（左）與實機照片（右）

10、。 仿真解決方案會使用一部筆記型計算機，透過LAN聯(lián)機將仿真出來的信號下載到信號源的任意波形產(chǎn)生器中（區(qū)塊圖和照片左上方的信號源），以產(chǎn)生WCDMA調(diào)變過的IF測試信號。在此測試設(shè)置中，信號源的任意波形產(chǎn)生器最多可接受32 Msamples的仿真數(shù)據(jù)，但透過其它選項最多可以下載64 Msamples的仿真數(shù)據(jù)2。WCDMA調(diào)變的10 MHz信號會被14位的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，而該A/D轉(zhuǎn)換器會利用第二組信號產(chǎn)生器鎖定在30.72 MHz的頻率，30.72 MHz代表的是3.84 MCps之WCDMA波形的8倍超次取樣（oversampling）。A/D電路板的14位數(shù)字輸出會被邏輯分析儀擷取下

11、來，且仿真解決方案可透過LAN聯(lián)機來讀取儲存在邏輯分析儀內(nèi)存內(nèi)的量測資料?；贐ER/PER的應(yīng)用之需，會采用速度上極具優(yōu)勢的二進制內(nèi)存讀取方式來讀取邏輯分析儀的資料，而非透過ASCII檔案傳送的方式。在狀態(tài)模式下，邏輯分析儀的時脈會與目標裝置的時脈同步，在此模式下，邏輯分析儀每個頻道的內(nèi)存最多可以儲存32 Msamples的資料。前面提過，這種應(yīng)用的挑戰(zhàn)之一是要將仿真解決方案產(chǎn)生的資料與邏輯分析儀擷取到的量測資料在時間上相互同步。為了解決這個問題，需開啟信號源的“事件光標”（event marker）功能，以便在任意波形產(chǎn)生器開始產(chǎn)生第一點的波形（從仿真解決方案下載而來）時，可觸發(fā)在背板BN

12、C接頭上的一個脈沖。為了將邏輯分析儀的量測時間與任意波形產(chǎn)生器開始產(chǎn)生波形的時間同步，信號源的事件光標輸出會接到邏輯分析儀的預(yù)觸（arm）輸入端，且邏輯分析儀會以一個特殊的設(shè)定檔3來設(shè)定，以便在信號源的事件光標出現(xiàn)時觸發(fā)其量測功能，然后將量測到的資料填入邏輯分析儀的內(nèi)存中。但即使透過這樣的同步設(shè)置，實際上還是會有一點點的延遲存在，在進行BER/PER量測時需要將它移除。要移除掉剩下的這一點延遲可在量測BER/PER之前，在仿真中進行，就這篇文章所舉的例子而言，是利用WCDMA和WLAN的基頻接收器，在仿真中移除延遲的。 測試結(jié)果下圖是80個資料frame之3GPP WCDMA編碼信號的BER測

13、試結(jié)果，這樣的資料量尚未達到任意波形產(chǎn)生器的容量上限2，因此如果有需要的話，還可以分析更多的資料。圖6中左上角的圖是從仿真解決方案下載到信號產(chǎn)生器中的波形大小，與從邏輯分析儀讀回仿真環(huán)境中的波形大小重疊，以時間的函數(shù)繪制而成。 圖6：WCDMA的BER測試結(jié)果。 同樣地，圖6中左下角的圖則是仿真解決方案產(chǎn)生的參考位（紅色線），與利用邏輯分析儀的相互連接解決方案，從待測裝置的輸出解出的位（藍色線）相互重疊，以位數(shù)的函數(shù)繪制而成。右上角的圖是實際的BER（未編碼），以10 mS radio frame的函數(shù)來表示，右下角的圖則是編碼信號的BER，以20 mS TTI的函數(shù)來表示。您可以注意到，在此

14、RF功率位準下，編碼信號的BER測試結(jié)果與未編碼的實際BER測試結(jié)果并沒有差別，這是因為信號位準比接收器的靈敏度位準高很多的緣故3。我們也使用類似的測試設(shè)置方式與流程對WLAN 802.11a的信號進行測試，其中使用了WLAN的仿真信號源和接收器，也將測試信號源的頻率做了調(diào)整，并使用與WCDMA測試一樣的待測裝置。圖7是一條PER曲線，以輸入待測裝置的振幅的函數(shù)繪制得出。產(chǎn)生這條PER曲線是為了說明只使用20個資料封包的概念6，此處參考的應(yīng)用手冊中有單一個功率位準下，使用100個資料封包進行WLAN PER量測的例子，同時還詳細地介紹了所采用的測試設(shè)置方式與流程4。 圖7：WLAN的PER測試

15、結(jié)果。 分析數(shù)字資料的其它RF特性一旦從待測裝置量測到的數(shù)字資料被讀進仿真解決方案之后，就可以利用仿真環(huán)境中提供的RF仿真量測功能來進行后處理。實際的例子如圖8所示，其中使用了VSA仿真量測軟件來針對邏輯分析儀量測到的數(shù)字資料進行后處理。 圖8：對邏輯分析儀擷取到的數(shù)字信號進行RF解調(diào)。 這個例子顯示出數(shù)字化的WLAN數(shù)據(jù)可利用仿真設(shè)計環(huán)境中提供的VSA仿真量測軟件，在A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端進行分析。左上角的圖是取樣到的星座圖，左下角為IF的頻譜，右下角為誤差向量的絕對值（EVM），右上角則為EVM相對于次載波的圖。雖然這篇文章中沒有顯示出來，不過WCDMA也進行了類似的量測4，包括碼域的功率（

16、code-domain power）。這種可對數(shù)字化的量測資料進行RF分析的彈性為RF系統(tǒng)工程師開啟了一扇新的門，使其能夠利用邏輯分析儀，在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后還能驗證RF的效能，可進行的量測包括：分析EVM相對于時脈抖動的關(guān)系、A/D量化誤差、以及其它相對于EVM的非線性特性等。摘要這篇文章運用相互連接的解決方案，展示了RF與數(shù)字驗證領(lǐng)域的新穎整合。所謂的相互連接解決方案乃是將仿真解決方案與測試解決方案結(jié)合在一起，形成一套創(chuàng)新的解決方案，能做到單用仿真或測試解決方案所無法做到的事情。對混合RF和數(shù)字信號的系統(tǒng)進行編碼的BER/PER量測時，仿真解決方案可提供所需的基頻功能，以有效地延伸邏輯分析儀的能力。雖然這篇文章中所舉的例子都是圍繞在A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)的量測上，但還有其它的可能性，包括在仿真環(huán)境中進行模型化的接收器設(shè)計時，用來代