Qualcomm Atheros melhora a velocidade de teste e cobertura de WLAN usando o transceptor vetorial de sinais NI PXI e o NI LabVIEW

Doug Johnson, Qualcomm Atheros

"Ao usar o transceptor vetorial de sinais definido por software NI PXI e o NI WLAN Measurement Suite, nós aumentamos as velocidades de teste em mais de 200 vezes comparada a instrumentos tradicionais de bancada enquanto aumentamos significativamente a cobertura do teste."

- Doug Johnson, Qualcomm Atheros

O desafio:

Manter os custos de teste da rede sem fio local (Wireless Local Area Network - WLAN) baixo e a exatidão do teste alta, enquanto são reduzidos os tempos de caracterização conforme cresce a complexidade do dispositivo devido a um número cada vez maior de padrões wireless que o dispositivo tem que rastrear.

A solução:

Foi utilizado o transceptor vetorial de sinais baseado no sistema PXI da NI e o módulo NI LabVIEW FPGA para criar um sistema customizado e flexível para teste de WLAN, que traz uma redução de 200X no tempo de teste comparado aos instrumentos de bancada anteriores, resultando em menores custos de teste e melhor caracterização de dispositivos.

Por mais de duas décadas, a Qualcomm Atheros tem sido líder das tecnologias para redes wireless mais recentes, eletrônica de consumo, computação e comunicação de dispositivos móveis. Hoje, nós estamos evoluindo as tecnologias wireless de alto rendimento como a Wi Fi, para atender às demandas de novas aplicações conectadas. O chip mais recente da Qualcomm Atheros é um transceptor Multiple Input Multiple Output (MIMO) para o padrão WiFi mais recente, 802.11ac.

 

Requisitos para um novo sistema de teste de WLAN

Conforme os padrões wireless se tornam mais complexos, o número de modos operacionais para esses dispositivos aumentam exponencialmente. À medida que nós progredimos ao padrão WiFi mais recente, 802.11ac, nós estamos adicionando novos esquemas de modulação, mais canais, mais configurações de largura de banda e fluxos espaciais adicionais. Adicionalmente, a caracterização de transceptores WLAN é especialmente desafiadora quando encarada com milhares de configurações de ganho operacional independente.

 

Cada componente de um transceptor WLAN possui vários estágios de ganho. Para desenvolver um rádio de alto desempenho em um processo CMOS de baixo custo, a equipe de projeto na Qualcomm Atheros conta com a operação flexível em cada estágio da estrutura de rádio. Várias configurações de ganho conduzem um aumento geométrico no número de combinações possíveis de parâmetros à medida que cada estágio é adicionado, o que resulta em centenas de milhares de pontos de dados para cada modo operacional. Essas centenas de milhares de pontos de dados são apenas para um único transceptor de rádio, e o número de permutações continua a aumentar para configurações MIMO onde o sistema usa várias antenas. O aumento geométrico no número de combinações possíveis dos parâmetros traz um desafio significativo na prevenção do aumento dos tempos de teste.

 

Transceptor Vetorial de Sinais NI PXI e o LabVIEW FPGA

Para enfrentar esses desafios do tempo de teste, a Qualcomm Atheros usa o transceptor vetorial de sinais NI PXIe-5644R

 

 

Por conta do NI PXIe-5644R possuir um FPGA onboard, nós podemos controlar a interface digital e o chip simultaneamente com o gerador e analisador de sinais de RF incluso no transceptor vetorial de sinais. Tradicionalmente, FPGAs têm sido programados usando a linguagem de descrição de hardware VHSIC ou Verilog. Muitos engenheiros e cientistas não estão familiarizados com essas linguagens complexas ou requerem uma ferramenta que os dê uma produtividade mais rápida de projeto em um nível maior de abstração para simplificar o processo de gerar código para o FPGA. O LabVIEW é bem adequado para programação de FPGA porque ele representa claramente o paralelismo e o fluxo de dados, então tanto os usuários que são experientes quanto os inexperientes em projeto tradicional de FPGA podem aplicar de forma produtiva o poder do hardware reconfigurável.

 

A Qualcomm Atheros usou o LabVIEW para programar o FPGA no transceptor vetorial de sinais da NI para controle de dispositivo sob teste e processamento de dados. O processamento pode acontecer dentro do próprio instrumento em vez de precisar de transferências através do barramento para a controladora, resultando em tempos de teste significativamente mais rápidos..

 

Medições tradicionais de bancada são limitadas a estimar seleções de tabela de ganho da melhor forma possível. Nesta configuração, a equipe da Qualcomm Atheros determinou uma solução final por meio de iterativas estimações, sendo que foi necessária uma regressão da caracterização da tabela de ganho. Isso foi um processo lento que produziu aproximadamente 40 pontos de dados importantes por iteração.

 

Depois de trocar para o transceptor vetorial de sinais NI PXI, nós pudemos realizar varreduras completas da tabela de ganho em vez de usar a abordagem iterativa por conta da melhoria no tempo de teste. A equipe pôde então caracterizar toda a faixa de operação de rádio em uma varredura de teste por dispositivo para adquirir todos os 300.000 pontos de dados para uma determinação empiricamente dos parâmetros operacionais ótimos. A disponibilidade desses dados nos deu uma visualização da operação do dispositivo que nós nunca havíamos visto antes então a equipe pôde explorar regimes operacionais não considerados anteriormente.

 

 

 

Por meio da sincronização da temporização do controle digital diretamente com o front end de RF do instrumento, nós vimos os tempos de teste aumentarem em mais de 20X da nossa solução anterior com PXI, e até 200X sobre a solução original que usava instrumentos tradicionais.


Aumentando a liberdade, a flexibilidade e a taxa de transferência dos testes

Na Qualcomm Atheros, a flexibilidade da instrumentação e controle até o nível do pino são críticos para manter o processo de teste de RF o mais eficiente possível, e nós estamos satisfeitos com o aumento do desempenho que nós notamos ao testar com o novo transceptor vetorial de sinais da NI. O NI PXIe-5644R fornece liberdade e flexibilidade na maneira que nós desenvolvemos soluções de 802.11 ac para os nossos clientes, e melhorou significativamente a taxa de transferência do teste.

 

Para mais informação sobre essa aplicação, por favor entre em contato:
Alexsander Loula
Gerente de negócios - RF
National Instruments Brasil
(11) 3149-3149

 

Informações sobre o autor:

Doug Johnson
Qualcomm Atheros

 

 

Figura 1. Um exemplo de diagrama de blocos de um típico receptor de WLAN mostra como cada componente possui diversos estágios de ganho, resultando em centenas de milhares de configurações de ganho possíveis para um único receptor.
Figura 2. A Qualcomm Atheros controla digitalmente o dispositivo sob teste usando o LabVIEW para programar o FPGA presente no transceptor vetorial de sinais da NI
Figura 3. Com a instrumentação tradicional, aproximadamente 40 pontos de dados importantes do transceptor WLAN eram coletados por iteração. O aumento de velocidade do transceptor vetorial de sinais NI PXI possibilitou varreduras completas da tabela de ganho para adquirir todos os 300.000 pontos.
Figura 4. Sincronizando a temporização do controle digital diretamente com o front end de RF do instrumento, a Qualcomm Atheros melhorou os tempos de teste em 20X sobre a nossa solução anterior com PXI e até 200X sobre a instrumentação tradicional.