Qualcomm Atheros, WLAN 테스트 속도 200배 향상

Doug Johnson, Qualcomm Atheros

"소프트웨어 기반 NI PXI 벡터 신호 트랜시버와 NI WLAN Measurement Suite를 사용하여 기존의 박스형 계측기를 사용할 때보다 테스트 속도를 200배나 향상시키는 동시에 테스트 커버리지를 크게 개선할 수 있었습니다."

- Doug Johnson, Qualcomm Atheros

과제:

다양한 무선 표준을 준수하기 위해 장비가 점차 복잡해지는 상황에서 WLAN (wireless local area network) 테스트 비용을 낮추고 테스트의 정확도는 높이면서도 특성화 시간을 단축시키기.

솔루션:

NI PXI 기반 벡터 신호 트랜시버와 NI LabVIEW FPGA Module 모듈을 사용하여 기존의 박스형 계측기에 비해 테스트 시간을 200배 단축시킬 수 있는 유연한 맞춤형 WLAN 테스트 시스템을 제작하여 테스트 비용을 낮추고 장비 특성화의 효율성을 향상시키기.

Qualcomm Atheros는 20년 이상 네트워킹, 소비자 전자 제품, 컴퓨터, 모바일 장비 통신 분야에서 차세대 무선 기술의 선두주자로 활약해 왔습니다. 오늘날에는 WiFi와 같이 높은 처리량을 가진 무선 기술을 개선함으로써 새로 네트워크에 연결되는 어플리케이션의 수요를 충족하고 있습니다. 최근에 Qualcomm Atheros에서 출시한 칩은 최신 WiFi 표준인 802.11ac를 준수하는 3-무선 MIMO 트랜시버입니다.

 

 

새로운 WLAN 테스트 시스템의 요구사항

무선 표준이 점차 복잡해짐에 따라 이러한 장비의 운영 모드 갯수도 기하급수적으로 증가합니다. 최신 WiFi 표준인 802.11ac가 도입되면서 새로운 변조 방식, 더 많은 채널, 다양한 대역폭 설정, 추가적인 공간 스트림을 추가하게 되었습니다. 뿐만 아니라 독립적으로 작동하는 게인 셋팅이 수천 개에 달하는 상황에서 WLAN 트랜시버를 특성화하는 것은 무척 까다로운 일입니다.

 

WLAN 트랜시버의 각 구성요소에는 여러 개의 게인 스테이지가 있습니다. Qualcomm Atheros의 설계팀은 저비용의 CMOS 프로세스에서 고성능 무선을 개발하기 위해 무선 설계의 각 단계에서 유연한 운영 방식을 활용합니다. 여러 게인 셋팅이 있기 때문에 각 단계가 추가될 때마다 가능한 셋팅 조합이 기하급수적으로 증가하며, 그 결과 하나의 작동 모드에서도 방대한 개수의 데이터 포인트가 발생합니다. 하나의 무선 트랜시버만 해도 30만 개의 데이터 포인트가 있으며, 시스템에서 여러 개의 안테나를 사용하는 MIMO 설정의 경우 순열 조합의 수는 더욱 늘어납니다. 가능한 셋팅 조합의 수가 기하급수적으로 증가하게 되면 테스트 시간을 적절하게 유지하는 것도 매우 어렵습니다.

 

NI PXI 벡터 신호 트랜시버와 LabVIEW FPGA

이러한 테스트 시간 문제를 해결하기 위해 Qualcomm Atheros는 NI PXIe-5644R 벡터 신호 트랜시버를 사용합니다. NI PXIe- 5644R에는 온보드 FPGA가 장착되어 있으므로 벡터 신호 트랜시버에 포함된 RF 신호 생성기와 분석기를 사용하여 동시에 칩과의 디지털 인터페이스를 제어할 수 있습니다.

 

 

일반적으로 FPGA는 VHSIC 하드웨어 설명 언어나 Verilog를 사용하여 프로그래밍합니다. 그러나 이런 복잡한 언어에 익숙하지 않은 사용자들이 많고, 그렇지 않다 하더라도 높은 추상화 레벨에서 설계의 생산성을 높여줄 수 있는 툴을 사용해야 FPGA 코드를 생성하는 과정을 단순화할 수 있습니다. LabVIEW는 병렬 처리와 데이터 흐름에 최적화되어 있으므로 FPGA 프로그래밍에 적합합니다. 따라서 기존의 FPGA 디자인 경험 유무에 상관없이 누구나 재구성 가능한 하드웨어의 강력한 성능을 활용할 수 있습니다.

 

Qualcomm Atheros는 LabVIEW를 사용하여 NI 벡터 신호 트랜시버에 탑재된 FPGA를 프로그래밍함으로써 테스트 장비를 제어하고 데이터를 처리합니다. 버스를 사용해서 컨트롤러로 명령을 전달하는 것이 아니라 계측기 내부에서 프로세싱이 일어나므로 테스트 시간이 크게 단축됩니다.

 

일반적인 박스형 계측기는 게인 테이블 선택으로 최적의 추정치를 얻어내는데 한계가 있습니다. Qualcomm Atheros에서는 박스형 계측기를 사용할 때 반복적인 추정을 통해 최종 솔루션을 결정했고, 매번 추정을 할 때마다 게인 테이블 특성화를 회귀시켜야 했습니다. 이는 상당히 시간이 많이 걸리는 과정이며, 한 번 작업을 할 때마다 약 40개의 유의미한 데이터 포인트가 도출됩니다.

 

그러나 NI PXI 벡터 신호 트랜시버로 전환한 후에는 테스트 시간이 단축되어 여러 차례 반복 추정을 하는 방법 대신 전체 게인 테이블을 스윕할 수 있게 되었습니다. 설계팀은 장비당 한 번의 테스트 스윕만으로 무선 작동의 전체 범위를 특성화하여 30만 개의 데이터 포인트를 전부 수집함으로써 보다 효율적으로 최적의 작동 셋팅을 결정할 수 있었습니다. 이렇게 포괄적인 데이터를 수집할 수 있게 됨으로써 장비의 작동을 한 눈에 볼 수 있게 되어 이전에는 고려하지 못했던 작동 방식을 탐구할 수 있게 되었습니다.

 

 

디지털 컨트롤의 타이밍을 계측기의 RF 프런트 엔드와 동기화함으로써 이전의 PXI 솔루션과 비교해 테스트 시간을 20배 이상, 전통적인 계측기를 사용한 원래의 솔루션과 비교하면 테스트 시간을 최대 200배까지 단축하였습니다.


자유도, 유연성, 테스트 처리량 향상

Qualcomm Atheros에서는 RF 테스트 과정의 효율성을 유지하기 위해 계측의 유연성과 핀 단위의 컨트롤을 매우 중요하게 생각하며, 새로운 NI 벡터 신호 트랜시버 사용을 통한 테스트 성능 향상에 만족하고 있습니다. NI PXIe- 5644R을 사용한 후 802.11ac 솔루션을 개발할 때 자유도와 유연성이 확보되었으며, 테스트 처리량도 크게 향상되었습니다.

 

이 어플리케이션에 대한 더 자세한 정보가 필요하시면 아래 연락처로 문의해 주십시오:

Chris N. White
Product Manager, RF and Wireless Test 
National Instruments 
512.683.6342

 

필자 정보:

Doug Johnson
Qualcomm Atheros

 

 

그림 1. 전형적인 WLAN 리시버 블록다이어그램의 예제. 각 구성요소에 여러 개의 게인 스테이지가 있기 때문에 하나의 리시버에도 수십만 개의 게인 셋팅이 생길 수 있음을 보여준다.
그림 2. Qualcomm Atheros는 LabVIEW를 사용하여 NI 벡터 신호 트랜시버에 탑재된 FPGA를 프로그래밍함으로써 테스트 장비를 제어한다.
그림 3. 기존의 계측기를 사용하면 한 번에 대략 40 포인트 정도의 유의미한 WLAN 트랜시버 데이터가 수집된다. NI PXI 벡터 신호 트랜시버를 사용하여 속도를 향상시키면 전체 게인 테이블 스윕을 통해 30만 포인트를 전부 수집할 수 있습니다.
그림 4. Qualcomm Atheros는 디지털 컨트롤의 타이밍을 계측기의 RF 프런트 엔드와 동기화함으로써 테스트 시간을 과거 PXI 솔루션의 20배, 전통적인 계측기를 사용한 솔루션의 최대 200배까지 단축했다.