Empire CMS,phome.net结合RF设计与数

1、Empire CMS, 结合RF设计与数字测试解决方案来克服混合信号的BER验证挑战 Empire CMS,    Empire CMS,     现今接收器架构1的趋势是将DSP移得更靠近RF天线，如此一来就需要不同以往的创新RF/数字验证解决方案。包含RF降频转换器（downconverter）做为前端以及A/D转换器做为后端的接收器对需要分割RF功能及验证RF效能参数的RF系统工程师来说，会带来设计和验证方面的新挑战，特别是，诸如编码信号的误码率（BER）等关键的RF接收器效能指针带给RF接收器的挑战更是明显

2、，因为所输入的是模拟的RF信号，而接收器的输出信号则是完全不同的信号格式 数字的位。尽管逻辑分析仪主要是用来分析纯数字的信号，但RF系统工程师的验证工具中通常不会包含逻辑分析仪。这篇文章将介绍一种新的概念：将逻辑分析仪的应用延伸到RF系统工程师的验证领域，所采用的方法是透过相互连接的解决方案（connected solution），将逻辑分析仪与RF设计仿真解决方案结合在一起，使得工程师可以在RF混合信号的硬件上进行编码的BER量测。针对3GPP WCDMA和WLAN等信号格式进行编码的BER和PER量测时，仿真设计解决方案能提供所需的基频后处理功能，可有效地延伸逻辑分析仪的能力。此外，一旦数

3、据从逻辑分析仪读进仿真环境中之后，就可以在测得的数字信号上使用向量信号分析（VSA）的后处理功能（仿真设计环境中有提供），使得诸如误差向量的绝对值（EVM）等非传统的RF量测项目也能引入数字的领域中（后A/D转换器）。这样一来，就可以协助RF系统工程师在混合信号的接收器中，跨越A/D的界限来分割RF的效能规格，并提供一种即使信号已被A/D转换器数字化之后，仍然可以验证RF效能的方法。概念简介 RF接收器可能会包含模拟到数字的转换器，以便将中频（IF）或模拟的I和Q信号数字化，如图1所示1。这里我们看到三种不同的接收器架构：1) 超外差式（superheterodyne）（上图）、2) 直接转换

4、（中图）、3) 数字IF（下图）。每一种都会在进行基频后处理之前，于接收链的某个阶段使用A/D转换器。图1：混合信号接收器的概念区块图。 像这样的接收器架构可能会为RF系统工程师带来一些挑战，因为输入到接收器的信号是模拟的RF信号，但输出信号却是数字的。一旦IF或I和Q信号被A/D转换器数字化之后，传统使用RF信号产生器和向量信号分析仪的验证方法可能不足以对混合信号的接收器架构进行端对端的验证。尽管如此，RF系统的规格还是需要分割，整个混合信号接收器的最终RF效能也还是要加以验证，如此一来就需要新的混合信号验证解决方案。针对这种应用所提出之相互连接解决方案的概念流程图如图2所示。其中，仿真解决

5、方案可用来产生仿真信号，该仿真信号会被下载到信号源的任意波形产生器中，以产生欲输入待测装置（DUT）的实体RF或IF测试信号。接着待测装置（可能是一个含有A/D转换器的接收器）会输出一个数字的信号，此信号可用逻辑分析仪来量测和撷取。逻辑分析仪会以A/D转换器的取样时脉来同步撷取该数字资料，之后逻辑分析仪的内存会被读进仿真设计环境中，然后由仿真解决方案的基频接收器执行后处理，以进行BER或PER量测。图2：相互连接解决方案进行混合信号BER量测的概念流程图。 这种解决方案的重点包括：要将流经待测装置的资料量最大化，以便得到一个统计上有意义的BER/PER量测结果，同时还要将仿真解决方案产生的资料

6、与逻辑分析仪进行的量测在时间上相互同步，我们会在稍后进一步讨论这些问题。 编码信号的BER/PERRF系统工程师可能会面临的一项重大挑战是接收器之RF和基频功能的分割问题，虽然A/D转换器可能是接收器系统之RF单元的一部份，但在编码信号的BER/PER量测中所考虑使用的基频硬件/软件译码功能却不一定是。因此，要独立于基频单元之外来验证RF接收器之编码信号的BER/PER效能可能会有困难，如此一来，如果在之后的硬件测试阶段发现了整合的问题，可能会造成测试时间的延误以及成本的增加。进行编码信号的BER/PER量测时，运用仿真区块来代替未完成的基频功能有助于克服这项验证上的挑战，也能降低RF/基频整

7、合的风险，这样一来就可以独立于基频单元之外，在中途即进行RF测试验证检查，以降低整合的风险。为了进一步说明，请看以下图3所示的3GPP WCDMA上传编码结构的概念区块图。图3：3GPP W-CDMA上传连结的概念区块图。 图的左上角为专用流量频道（DTCH）的位，所显示的244个位是一段20 mS传输时间间隔（TTI）的12.2 kbps参考频道的信号，另外还加入了循环检查码（CRC）位以及尾部位（tail bit），并进行1/3速率的回旋编码（convolutional coding），且这些位会经过交错处理。20 mS的TTI会被切成10 mS的frame，且会插入或断开这些位，以得到想

8、要的位速率。接着专用控制频道（DCCH）会对传输频道进行多任务处理，并进行第二次的位交错处理。此时，专用实体数据频道（DPDCH）会传送I波形的3.84 MCps正交可变展频系数（OVSF）码，而专用实体控制频道（DPCCH）则会传送Q波形的3.84 MCps OVSF码。最后会再将一个扰码（scrambling code）加到I和Q波形中，然后经过root-raised-cosine滤波并调变到IF或RF的载波上。由上述可知，所传送的信号会进行大量的编码，针对这样的应用，可在仿真出来的信号下载到信号产生器的任意波形产生器之前，将编码加入仿真中，如图2所示。在接收器端，必须要能有效地将加到传送

9、信号上的编码反向解出，以便恢复所传送的原始DTCH位，这样才能进行编码信号的BER量测。一旦逻辑分析仪撷取到待测装置的输出资料，且该资料被读进仿真解决方案中之后，就可以利用仿真出来的基频接收器，将这项基频功能用在待测装置的输出上，这一点只要深入几个阶层到基频接收器的仿真模型即可观察得到。图4的右上部所显示的就是用来提供这项功能之基频仿真模型的一个子集。图4：利用仿真来延伸逻辑分析仪的功能。 编码结构对RF BER/PER效能本身的重要性不在本文的探讨范围内，但参考资料5、6中有详细的说明。 测试设置方式测试设置方式的区块图与实机照片如图5所示。 图5：测试设置方式的区块图（左）与实机照片（右）

10、。 仿真解决方案会使用一部笔记型计算机，透过LAN联机将仿真出来的信号下载到信号源的任意波形产生器中（区块图和照片左上方的信号源），以产生WCDMA调变过的IF测试信号。在此测试设置中，信号源的任意波形产生器最多可接受32 Msamples的仿真数据，但透过其它选项最多可以下载64 Msamples的仿真数据2。WCDMA调变的10 MHz信号会被14位的A/D转换器数字化，而该A/D转换器会利用第二组信号产生器锁定在30.72 MHz的频率，30.72 MHz代表的是3.84 MCps之WCDMA波形的8倍超次取样（oversampling）。A/D电路板的14位数字输出会被逻辑分析仪撷取下

11、来，且仿真解决方案可透过LAN联机来读取储存在逻辑分析仪内存内的量测资料。基于BER/PER的应用之需，会采用速度上极具优势的二进制内存读取方式来读取逻辑分析仪的资料，而非透过ASCII档案传送的方式。在状态模式下，逻辑分析仪的时脉会与目标装置的时脉同步，在此模式下，逻辑分析仪每个频道的内存最多可以储存32 Msamples的资料。前面提过，这种应用的挑战之一是要将仿真解决方案产生的资料与逻辑分析仪撷取到的量测资料在时间上相互同步。为了解决这个问题，需开启信号源的“事件光标”（event marker）功能，以便在任意波形产生器开始产生第一点的波形（从仿真解决方案下载而来）时，可触发在背板BN

12、C接头上的一个脉冲。为了将逻辑分析仪的量测时间与任意波形产生器开始产生波形的时间同步，信号源的事件光标输出会接到逻辑分析仪的预触（arm）输入端，且逻辑分析仪会以一个特殊的设定档3来设定，以便在信号源的事件光标出现时触发其量测功能，然后将量测到的资料填入逻辑分析仪的内存中。但即使透过这样的同步设置，实际上还是会有一点点的延迟存在，在进行BER/PER量测时需要将它移除。要移除掉剩下的这一点延迟可在量测BER/PER之前，在仿真中进行，就这篇文章所举的例子而言，是利用WCDMA和WLAN的基频接收器，在仿真中移除延迟的。 测试结果下图是80个资料frame之3GPP WCDMA编码信号的BER测

13、试结果，这样的资料量尚未达到任意波形产生器的容量上限2，因此如果有需要的话，还可以分析更多的资料。图6中左上角的图是从仿真解决方案下载到信号产生器中的波形大小，与从逻辑分析仪读回仿真环境中的波形大小重叠，以时间的函数绘制而成。 图6：WCDMA的BER测试结果。 同样地，图6中左下角的图则是仿真解决方案产生的参考位（红色线），与利用逻辑分析仪的相互连接解决方案，从待测装置的输出解出的位（蓝色线）相互重叠，以位数的函数绘制而成。右上角的图是实际的BER（未编码），以10 mS radio frame的函数来表示，右下角的图则是编码信号的BER，以20 mS TTI的函数来表示。您可以注意到，在此

14、RF功率位准下，编码信号的BER测试结果与未编码的实际BER测试结果并没有差别，这是因为信号位准比接收器的灵敏度位准高很多的缘故3。我们也使用类似的测试设置方式与流程对WLAN 802.11a的信号进行测试，其中使用了WLAN的仿真信号源和接收器，也将测试信号源的频率做了调整，并使用与WCDMA测试一样的待测装置。图7是一条PER曲线，以输入待测装置的振幅的函数绘制得出。产生这条PER曲线是为了说明只使用20个资料封包的概念6，此处参考的应用手册中有单一个功率位准下，使用100个资料封包进行WLAN PER量测的例子，同时还详细地介绍了所采用的测试设置方式与流程4。 图7：WLAN的PER测试

15、结果。 分析数字资料的其它RF特性一旦从待测装置量测到的数字资料被读进仿真解决方案之后，就可以利用仿真环境中提供的RF仿真量测功能来进行后处理。实际的例子如图8所示，其中使用了VSA仿真量测软件来针对逻辑分析仪量测到的数字资料进行后处理。 图8：对逻辑分析仪撷取到的数字信号进行RF解调。 这个例子显示出数字化的WLAN数据可利用仿真设计环境中提供的VSA仿真量测软件，在A/D转换器的输出端进行分析。左上角的图是取样到的星座图，左下角为IF的频谱，右下角为误差向量的绝对值（EVM），右上角则为EVM相对于次载波的图。虽然这篇文章中没有显示出来，不过WCDMA也进行了类似的量测4，包括码域的功率（

16、code-domain power）。这种可对数字化的量测资料进行RF分析的弹性为RF系统工程师开启了一扇新的门，使其能够利用逻辑分析仪，在经过A/D转换之后还能验证RF的效能，可进行的量测包括：分析EVM相对于时脉抖动的关系、A/D量化误差、以及其它相对于EVM的非线性特性等。摘要这篇文章运用相互连接的解决方案，展示了RF与数字验证领域的新颖整合。所谓的相互连接解决方案乃是将仿真解决方案与测试解决方案结合在一起，形成一套创新的解决方案，能做到单用仿真或测试解决方案所无法做到的事情。对混合RF和数字信号的系统进行编码的BER/PER量测时，仿真解决方案可提供所需的基频功能，以有效地延伸逻辑分析仪的能力。虽然这篇文章中所举的例子都是围绕在A/D转换器相关的量测上，但还有其它的可能性，包括在仿真环境中进行模型化的接收器设计时，用来代