Qualcomm Atheros mejora 200 veces la velocidad de las pruebas WLAN

Doug Johnson, Qualcomm Atheros

"Utilizando el transceptor vectorial de señales PXI diseñado por software y la suite de medidas WLAN, mejoramos las velocidades de las pruebas en más de 200 veces en comparación con los instrumentos rack-and-stack tradicionales, mejorando significativamente la cobertura de la prueba."

- Doug Johnson, Qualcomm Atheros

El desafío:

Mantener bajos los costos de las pruebas de red de área local inalámbrica (WLAN) y la alta precisión de las pruebas reduciendo los tiempos de caracterización mientras crece la complejidad al realizar un seguimiento del creciente número de estándares inalámbricos.

La solución:

Usar el transceptor vectorial de señales basado en NI PXI y el Módulo NI LabVIEW FPGA para crear un sistema de pruebas WLAN flexible y personalizado que ofrece una reducción de 200 veces el tiempo de prueba en comparación con los instrumentos rack-and-stack anteriores, lo que resulta en costos de prueba más bajos y un mejor caracterización del dispositivo.

Durante más de dos décadas, Qualcomm Atheros ha sido un líder en tecnologías inalámbricas de la próxima generación para redes, electrónica de consumo, informática y comunicaciones de dispositivos móviles. En la actualidad, estamos desarrollando tecnologías inalámbricas de alto rendimiento, como WiFi, para cumplir con las demandas de las nuevas aplicaciones conectadas. El último chip Qualcomm Atheros es un transceptor de tres radios de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) para el estándar WiFi más reciente, 802.11ac.

 

 

Requisitos para un nuevo sistema de pruebas WLAN

A medida que los estándares inalámbricos se vuelven más complejos, la cantidad de modos operativos para estos dispositivos aumenta exponencialmente. A medida que avanzamos hacia el último estándar WiFi, 802.11ac, estamos agregando nuevos esquemas de modulación, más canales, más configuraciones de ancho de banda y flujos espaciales adicionales. Además, caracterizar los transceptores WLAN es especialmente desafiante cuando se enfrenta a miles de configuraciones de ganancia operativa independientes.

 

Cada componente de un transceptor WLAN tiene varias etapas de ganancia. Para desarrollar una radio de alto rendimiento en un proceso CMOS de bajo costo, el equipo de diseño de Qualcomm Atheros confía en una operación flexible en cada etapa de la estructura de la radio. Varias configuraciones de ganancia generan un aumento geométrico en el número de posibles combinaciones de configuraciones a medida que se agrega cada etapa, lo que da como resultado cientos de miles de puntos de datos para un solo modo operativo. Estos cientos de miles de puntos de datos son solo para un solo transceptor de radio y el número de permutaciones continúa aumentando para las configuraciones MIMO donde el sistema usa múltiples antenas. Este aumento geométrico en el número de posibles combinaciones de configuración, plantea un desafío significativo para evitar que también aumenten los tiempos de la prueba.

 

Transceptor vectorial de señales PXI y LabVIEW FPGA

Para abordar estos desafíos de tiempo de pruebas, Qualcomm Atheros utiliza el transceptor vectorial de señales NI PXIe-5644R. Debido a que el NI PXIe-5644R cuenta con un FPGA interno, podemos controlar la interfaz digital con el chip simultáneamente con el generador y analizador de señales de RF incluidos en el transceptor vectorial de señales.

 

 

Tradicionalmente, los FPGAs se han programado utilizando el lenguaje de descripción de hardware VHSIC o Verilog. Varios ingenieros y científicos no están familiarizados con estos lenguajes complejos o requieren una herramienta que les brinde productividad más rápida en el diseño a un nivel de abstracción más alto para simplificar el proceso de generar código FPGA. LabVIEW es ideal para programación FPGA ya que claramente representa paralelismo y flujo de datos, así los usuarios experimentados y sin experiencia en el diseño FPGA tradicional pueden aplicar de manera productiva la potencia del hardware reconfigurable.

 

Qualcomm Atheros usó LabVIEW para programar el FPGA en el transceptor vectorial de señales de NI para control del dispositivo bajo prueba y procesamiento de datos. El procesamiento puede tener lugar dentro del propio instrumento en lugar de requerir transferencias al controlador de ida y vuelta a través del bus, lo que resulta en tiempos de prueba significativamente más rápidos.

 

Las medidas tradicionales de rack-and-stack se limitan a las mejores selecciones de la tabla de ganancia de estimación. En esta configuración, el equipo de Qualcomm Atheros determinó una solución final a través de estimaciones iterativas, cada una de las cuales requirió una regresión de la caracterización de la tabla de ganancia. Este fue un proceso lento que produjo aproximadamente 40 puntos de datos significativos por iteración.

 

Después de cambiar al transceptor vectorial de señales PXI, pudimos realizar barridos de la tabla de ganancia completa en lugar de usar el enfoque iterativo debido a las mejoras en el tiempo de prueba. Luego, el equipo pudo caracterizar todo el rango de operación de radio en un barrido de prueba por dispositivo para adquirir 300,000 puntos de datos para una mejor determinación empírica de la configuración operativa óptima. La disponibilidad de estos datos nos dio una visión del funcionamiento del dispositivo que nunca habíamos visto antes para que el equipo pudiera explorar regímenes operativos no considerados previamente.

 

 

Al sincronizar la temporización del control digital directamente con el frente de RF del instrumento, hemos visto mejorar los tiempos de prueba en más de 20 veces con respecto a nuestra solución PXI anterior y hasta 200 veces con la solución original que usaba instrumentos tradicionales.


Mejorar la libertad, la flexibilidad y el rendimiento de las pruebas

En Qualcomm Atheros, la flexibilidad de la instrumentación y el control directo son fundamentales para mantener el proceso de pruebas de RF lo más eficiente posible, y estamos satisfechos con las ganancias de rendimiento que hemos visto al probar con el nuevo transceptor vectorial de señales de NI. El NI PXIe-5644R brinda libertad y flexibilidad en la manera en que desarrollamos soluciones de 802.11ac para nuestros clientes y ha mejorado significativamente el rendimiento de las pruebas.

 

 

Información del autor:

Doug Johnson
Qualcomm Atheros

 

 

Figura 1. Un ejemplo de diagrama de bloques de un receptor WLAN típico muestra cómo cada componente tiene múltiples etapas de ganancia, lo que da como resultado cientos de miles de posibles configuraciones de ganancia diferentes para un solo receptor.
Figura 2. Qualcomm Atheros controla digitalmente el dispositivo bajo prueba usando LabVIEW para programar el FPGA en el transceptor vectorial de señales de NI.
Figura 3. Con la instrumentación tradicional, se recopilaron aproximadamente 40 puntos de datos significativos del transceptor WLAN por iteración. El aumento de velocidad del transceptor vectorial de señales PXI desencadenó barridos de la tabla de ganancia completa para adquirir los 300,000 puntos.
Figura 4. Al sincronizar la temporización del control digital directamente con el frente de RF del instrumento, Qualcomm Atheros mejoró los tiempos de prueba más 20 veces con respecto a nuestra solución PXI anterior y hasta 200 veces más que los original que los instrumentos tradicionales.