Qualcomm Atheros mejora la velocidad y cobertura de las pruebas de WLAN usando el transceptor vectorial de señales PXI y el software LabVIEW de NI

Doug Johnson, Qualcomm Atheros

"Usando el transceptor vectorial de señales PXI de NI diseñado por software y el NI WLAN Measurement Suite, hemos mejorado la velocidad de las pruebas en más de 200 veces en comparación con los instrumentos tradicionales, mejorando significativamente la cobertura de las pruebas"

- Doug Johnson, Qualcomm Atheros

El Reto:

Reducir el coste de las pruebas de redes inalámbricas de área local (WLAN) y aumentar su precisión al mismo tiempo que se reducen los tiempos de caracterización en tanto que crece la complejidad de los dispositivos al ir apareciendo un número cada vez mayor de estándares inalámbricos.

La Solución:

Utilización del transceptor vectorial de señales basado en PXI y el módulo NI LabVIEW FPGA para crear un sistema de pruebas de WLAN personalizado y flexible que ofrece una reducción del tiempo de prueba de más de 200 veces en comparación con los instrumentos tradicionales, obteniendo como resultado unos costes más reducidos de las pruebas y una mejor caracterización de los dispositivos.

Durante más de dos décadas, Qualcomm Atheros ha sido un líder en tecnologías inalámbricas de última generación para la electrónica de consumo, redes, informática y comunicaciones de dispositivos móviles. Hoy en día, se están desarrollando tecnologías inalámbricas de alto rendimiento, como WiFi, para satisfacer las demandas de las nuevas aplicaciones conectadas. El chip de Qualcomm Atheros más reciente dispone de un transceptor tribanda de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) para el nuevo estándar WiFi 802.11ac.

 

 

Requisitos para un nuevo sistema de pruebas WLAN

A medida que los estándares inalámbricos se hacen cada vez más complejos, el número de modos de funcionamiento de estos dispositivos aumenta exponencialmente. A medida que progresamos hacia el último estándar 802.11ac de WiFi, estamos añadiendo nuevos esquemas de modulación, más canales, más ajustes de ancho de banda y transferencias espaciales de la información adicionales. Además, la caracterización de los transceptores WLAN es especialmente difícil cuando hay que enfrentarse a miles de ajustes de ganancia operativa que son independientes.

 

Cada componente de un transceptor de WLAN tiene múltiples etapas de ganancia. Para desarrollar un aparato de radio de alto rendimiento en un proceso CMOS de bajo coste, el equipo de diseño de Qualcomm Atheros se basa en un funcionamiento flexible para cada etapa de la estructura de radio. Las múltiples configuraciones de ganancia conducen a un incremento geométrico del número de combinaciones de ajustes posibles cada vez que se añade una etapa, lo cual resulta en cientos de miles de puntos de datos para un modo de funcionamiento individual. Estos cientos de miles de puntos de datos son sólo para un único transceptor de radio y el número de permutaciones continúa aumentando para configuraciones MIMO donde el sistema usa múltiples antenas. Este incremento geométrico en el número de combinaciones de ajustes posibles plantea también un desafío significativo en la prevención del incremento de los tiempos de prueba. (ver figura 1)

 

Transceptor vectorial de señales PXI y LabVIEW FPGA

Para hacer frente a los retos de los tiempos de prueba, Qualcomm Atheros utiliza el transceptor vectorial de señales NI PXIe-5644R. Debido a que el NI PXIe-5644R incorpora una FPGA a bordo, se puede controlar la interfaz digital con el chip al mismo tiempo que el generador y analizador de señales de RF incluidos en el transceptor vectorial de señales.

 

 

Tradicionalmente, las FPGAs se han programado utilizando el lenguaje de descripción de hardware VHSIC  o Verilog. Muchos ingenieros y científicos no están bien familiarizados con estos complejos lenguajes o requieren de una herramienta que les dé una mayor productividad de diseño con un nivel más alto de abstracción para simplificar el proceso de generación del código de la FPGA. LabVIEW está bien adaptado para la programación de FPGAs, ya que representa con claridad el paralelismo y el flujo de de datos, de manera que los usuarios con o sin experiencia en el diseño tradicional de FPGAs pueden aplicar eficazmente la potencia del hardware reconfigurable.

 

Qualcomm Atheros utiliza LabVIEW en la programación de la FPGA del transceptor vectorial de señales de NI para el control del dispositivo bajo prueba y el procesamiento de los datos. El procesamiento puede llevarse a cabo dentro del propio instrumento en lugar de requerir transferencias de ida y vuelta al controlador a través del bus, lo que resulta en tiempos de prueba mucho más cortos. (ver figura 2)

 

Las medidas tradicionales basadas en instrumentos tradicionales se limitan a las mejores selecciones dentro de una tabla de ganancias estimadas. Con esta configuración, el equipo de Qualcomm Atheros determinaba la solución final mediante estimaciones iterativas, cada una de las cuales requería una regresión de la tabla de caracterización de la ganancia. Esto era un proceso lento, que producía cerca de 40 puntos de datos significativos por iteración.

 

Después de cambiar al transceptor vectorial de señales PXI de NI, se pudieron realizar todos los barridos de la tabla de ganancia, en lugar de utilizar el método iterativo, gracias a la mejora del tiempo de prueba. El equipo de trabajo pudo entonces caracterizar todo el rango operativo de radio con un solo barrido de prueba por dispositivo para adquirir el total de los 300.000 puntos de datos necesarios para la mejor determinación empírica de los parámetros óptimos de funcionamiento. La disponibilidad de estos datos nos dio una visión del funcionamiento de los dispositivos que nunca habíamos visto antes, ya que el equipo de trabajo pudo explorar los regímenes de funcionamiento no considerados anteriormente. (ver figura 3)

 

 

Al sincronizar la temporización del control digital directamente con las medidas de RF, hemos observado cómo se reducían los tiempos de prueba en más de 20 veces con respecto a nuestra solución anterior basada en PXI y hasta 200 veces sobre la solución original que utilizaba instrumentos tradicionales. (ver figura 4)

 

 

Mejora de la libertad, flexibilidad y rendimiento de las pruebas

En Qualcomm Atheros, la flexibilidad de la instrumentación y el control a nivel de pin son críticos para mantener el proceso de pruebas de RF lo más eficiente posible, y estamos muy contentos con las mejoras del rendimiento que hemos observado en las pruebas realizadas con el nuevo transceptor vectorial de señales de NI. El NI PXIe-5644R proporciona libertad y flexibilidad a medida que desarrollamos soluciones de 802.11ac para nuestros clientes y ha mejorado significativamente el rendimiento de las pruebas.

 

Para obtener más información sobre esta aplicación, por favor póngase en contacto con:

Erik Johnson
Director de producto de RF y pruebas inalámbricas
National Instruments
512.683.9916

 

Información del autor:

Doug Johnson
Qualcomm Atheros 

 

Figura 1
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.