802.11/a/b/g /nWLAN发射机的功能会直接影响产品质量。在当今WLAN产品商场空间拥堵、赢利菲薄的情况下,进步质量无疑会使产品更具特征并添加其销售量,还能削减退货并进步出产效益以及收益率。可是,发射机的功能很简略遭到RF部分的规划挑选、电路板布局及其完成办法、元件的改变及替换等要素的影响,而且会由于802.11a/b/g/n规范所要求的调制类型和频带的不同而变得愈加杂乱。
具有频谱剖析仪、向量信号剖析仪(VSA)及功率表(带信号剖析软件,如LitePoint的IQview 802.11a/b/gWLAN 丈量办法及其相关的IQsignal软件包)才能的测验仪是剖析大大都WLAN发射机问题的必备东西。运用频谱剖析仪与功率表才能能够丈量频率差错、瞬态信号、相位噪声、同带信号传输功率、相邻信道功率及其它参数,而VSA才能则能够将特定的信号解调成正交重量,因此可将杂乱的信号显现为具有起伏和相位特性的向量或许显现其完好的信号星座图。信号剖析软件可随之简化丈量进程并一起供给功能测验的核算评价成果。
运用这些东西,能够在调制域、时域及频域进行丈量,在规划进程与出产期间评价发射机功能并查找其毛病。此外,由于答应丈量一个简略便利的品质因数——差错向量起伏(EVM),将表征发射RF信号的许多参数简化为单一参数,因此这些东西简化了802.11a/b/g所需的杂乱波形剖析。在出产线测验中,EVM可作为合格与否的标尺以简化发射机的质量保证并进步测验吞吐量,而在规划进程中,EVM则是一个很有价值的整体信号质量目标。
差错向量起伏
差错向量起伏是丈量调制精度与发射机功能的一个直接丈量目标。从质量上讲,EVM反映了差错向量,它界说为信号星座图中丈量信号与抱负无差错点之间的不同。丈量信号在起伏和相位方面均不同于抱负信号。彻底确认不变的信号恶化仅仅使信号违背了其抱负点。但在存在码间串扰和噪声的情况下,重复丈量成果明显地显现出丈量信号环绕抱负信号进行随机改变,这种随机改变现象界说为环绕抱负信号星座图点的“差错云”。
802.11/a/b/g规范选用EVM来描绘发射机的总调制精度,并给出怎么丈量802.11b和802.11g的直接序列扩频信号以及802.11a/g的OFDM信号EVM的归纳办法。比方,802.11a/g规范选用BPSK、QPSK、16-QAM及64-QAMOFDM信号。该规范经过在构成符号的一切OFDM数据副载波(subcarrier)中以及构成帧的一切OFDM符号(每帧最少有16个符号)中进行信号抽样,然后用信号星座图点的均匀功率进行归一化,并求出至少20帧的均匀值来界说这些信号的EVM。这样就能够确认各特定802.11a/b/g形式的单一EVM值。
关于选用低阶调制类型的802.11b 来说,规范答应相对较高的EVM值,而关于选用高阶调制类型的802.11a/g来说,则规则了更严厉的(较低的)EVM值。规范也对不同的调制技能规则了不同的EVM核算办法——关于802.11b/g的相对低数据速率直接序列扩频信号,按峰值核算EVM,而关于802.11a/g的高数据速率OFDM信号,则核算多载波与多符号的EVM均匀值。从直观上讲,发射的EVM有必要满足小,以使失真信号不能挨近星座图的断定鸿沟,特别是在存在加性噪声以及有其它信道和接纳机影响的情况下。高数据速率的802.11a/g选用高阶调制技能,因此更简略遭到发射信号减损的影响——给定的EVM值对16-QAM或64-QAM信号的影响程度将超越QPSK或CCK信号,由于它们的判定区域更小。
典型的发射机减损
在大大都802.11a/b/g的运用中,WLAN基带处理器都会对信号进行调制,在片内或片外的D/A转化之后,供给I(同相)与Q(正交)的模仿输出信号,由随后的RF部分进行上变频。WLAN基带处理器的操作一般不是形成发射信号减损的本源,减损主要是由于经PCB设备和RF电路的信号通道的模仿改变形成的。元件改变、PCB印刷线路布局缺点、晶体振荡器与频率合成器的不安稳性、功率放大器的失真以及寄生信号的存在都会促进发射信号的恶化。
EVM能表达大都不同的信号失真效应。较差的EVM丈量成果本身就说明晰问题,特别是在与其它参数的丈量成果组合运用时,可有助于确认下述发射信号减损：I/Q失衡(起伏、相位、群推迟);相位噪声;寄生信号与瞬态效应;信号紧缩效应。
I/Q失衡
I 与Q之间的失衡或失配会直接影响调制精度。沿PCB印刷线路上的I与Q信号通道产生的寄生%&&&&&%与寄生电感的差异会导致I/Q失衡,就像元件改变乃至基带与RF %&&&&&%规划变更形成的I/Q失衡那样。
由于起伏与相位失衡,星座图会有些失真与模糊不清,而不是一些明晰界说的点。在本例中,I/Q失衡的影响导致了大约-30dB的EVM值,而该值正好与独自丈量的每个副载波的EVM值根本相同。由于调制导频信号的数据之间存在固定的联系,因此其星座点看起来比数据星座点更明晰,而且供给一种定性评价I/Q失衡影响的简略办法。I/Q起伏失配使导频信号大都分布在I轴,而I/Q相位失配则使导频信号大都分布在Q轴 。
除了起伏与相位失衡之外,I与Q信号之间不同的群推迟会对调制精度带来不良影响。这种失衡一般与基带I与Q信号的PCB布局以及不同的印刷线路长度有关。星座图点将再次显现出失真,但群推迟差异的影响取决于频率,对每个OFDM副载波的影响也不同。
相位噪声
当信号与本振(LO)信号混合并从基带频率转化为RF频率时,相位噪声会进入到信号中。LO相位噪声分配反映了频率合成器运用的参阅晶体振荡器的频率安稳性、合成器锁相环(PLL)运用的压控振荡器(VCO)的频率安稳性以及频率合成器运用的PLL的环路带宽。PLL关于晶体振荡器来说是低通滤波器,关于自激VCO来说是高通滤波器。依据PLL的环路带宽,抱负的合成器输出相位噪声频谱密度由以下要素决议：低频偏移下较好的晶体振荡器长时刻安稳性;高频偏移下较好的VCO短期安稳性;带内PLL本身鉴相器与分频器所产生的带内噪声为基底。
相位噪声影响调制精度,与其它减损相同,也会影响到EVM。在本例中,终究的EVM约为-25dB。数据速率较低时,符号时刻内的积分消除了短期频率不安稳性的最坏影响,剩余的只需晶体振荡器的长时刻安稳性的影响。关于802.11a/g在最高数据速率下运用的OFDM信号,经过在接纳机上运用导频信号来盯梢信号的相位改变,能够减轻相位噪声的影响。只需相位改变相关于符号速率来说比较慢,就能够对信号的相位改变进行盯梢与补偿。
应该去除过多的相位噪声,由于过多的相位噪声或许是呈现各种问题的预兆,比方晶体振荡器的噪声、电源噪声产生的寄生信号或许电路板屏蔽不充分、送入频率合成器或混频器中的参阅晶体振荡器信号电平不正确或许其它规划或出产问题。将过多的相位噪声确认为不良EVM成因的最佳途径便是查看相位噪声的能谱密度(PSD)。某些具有VSA才能的单机测验器,如LitePoint的IQview能够对WLAN调制信号进行相位噪声剖析。
寄生信号与瞬态效应
在802.11a/b/g规划适合于大量出产之前,完成进程不答应存在会对发射机功能产生不良影响的寄生信号与瞬态效应。如前所述,参阅晶体振荡器与频率合成器VCO对电源噪声、DC-DC转化器开关噪声或未屏蔽信号特别灵敏。这种寄生信号与晶体振荡器或VCO之间的耦合会引进相位噪声,然后下降发射信号的质量。
要阻隔或确认会下降发射机功能的瞬态效应是十分困难的。比方,RF功率放大器在有WLAN脉冲通讯时翻开,而没有通讯时封闭以最大极限降低功耗。当功率放大器在脉冲降临之前启动时,功率放大器将产生较大的电流并或许导致电源产生电压降或引起接地电流。除非电路板的其它部分彻底消除这些影响,不然它们会影响晶体振荡器或频率合成器,引进瞬态频率差错与相位噪声而瞬时下降发射信号的质量。功率放大器通电所产生的这种频率推移以及振荡器对电源电压的灵敏性会因其持续时刻的长短而带来不同的影响。
802.11b/g规范需求首要发射短或长同步码(preamble),短同步码的持续时刻为72ms,长同步码的持续时刻为144ms。与此相对,802.11a/g规范需求先发射10个重复的总计8ms 的短练习序列(short training sequence),后跟2个重复的总计别的8ms的长练习序列(long training sequence)。缓慢安稳的瞬态频率差错会损坏802.11a/g信号,乃至对802.11b/g支撑的低数据速率产生不良影响。假如一个特别的接纳机规划对发射频率的预算是树立在前几微秒同步码的基础上的话,则快速安稳的发射频率差错也会影响功能。但要了解是否产生这种瞬态呼应是很困难的,在规划进程的一切阶段查看信号的频率差错与时刻联系的曲线时或许并未产生瞬态呼应。某些测验仪器,如IQview答应依据短练习序列、长练习序列或全数据包的频率预算量核算OFDM信号的EVM(假如终究的EVM值改变较大),因此这也是发射频率或许遭到瞬态差错影响的要素。
信号饱满的影响
要将功耗降至最低并以最高的功率进行操作,RF功率放大器应在挨近其饱满点的抱负状态下进行操作。但除非功率放大器的均匀输出功率减小(违背满功率),不然不同的调制类型仍会将放大器推入其饱满区域并使信号饱满。与放大器饱满相关的非线性随后会导致谐波失真、互调失真与频谱再生、交叉调制、SNR恶化以及调制不精确。信号饱满的程度反映了功耗与信号质量之间的折衷,也直接影响了产品成本与质量。假如饱满程度过大,则会下降发射信号质量,假如饱满程度过小,则或许需求更贵重的RF功率放大器以到达所需的均匀输出功率。
802.11b/g选用的单载波M维移相键控(M-aryPSK)信号一般可在紧缩的状态下进行操作,直到频谱再生引进邻信道搅扰或超出了要求的频谱模板。运用频谱剖析仪丈量RF输出频谱能够快速地提醒这种效应。关于这种信号,紧缩一般不会影响EVM到超越规范规则值或明显影响BER功能的程度。
但802.11a/g选用的多载波OFDM信号一般需求放大器更大程度地违背满功率,由于它们之间的峰值-均匀功率比(PAPR)很高。功率放大器的操作点有必要削减,以保证OFDM信号的输入电压漂移不会使放大器进入饱满区域引起互调与频谱再生效应,避免对OFDM 信号的52个副载波带来不良影响。
留意,802.11a/g规范规则：低于-25dB的发射机EVM支撑54Mbps,低于-22dB的发射机EVM支撑48Mbps 。
