概览
因为业界正在不断寻求更低的测验本钱，许多RF测验工程师有必要持续地缩短丈量时刻。如你所知，无线网络（WLAN）设备的测验操作也有必要要投合这个趋势。不管是用于规划查验的自动化测验体系或许是终究产品的测验操作，测验体系的丈量速度现已变得越来越重要。可是，在大多数情况下，除了缩短测验的时刻并下降测验本钱之外，体系的丈量精度与可重复性却不能遭到影响。这篇技能文章将针对WLAN丈量操作，阐明或许影响丈量速度的多个权衡要素。在了解了相关概念之后，还将针对供给测验体系的丈量速度，供给更好的实践阐明。本技能文章将依照次序对下列要素进行阐明：均匀度与可重复性；完好脉冲与部分脉冲的EVM；复合丈量与单一丈量；丈量频跨与丈量时刻，最终是CPU与丈量时刻的联系。针对上述相关的要素，本技能文章将经过NI PXIe-5663 — 6.6 GHz RF矢量信号剖析仪来进行典范丈量操作。这些实例运用NI PXIe-5673 — 6.6 GHz RF矢量信号发生器作为鼓励。而且一切的典范都运用了NI WLAN丈量套件（Measurement Suite），其间包含NI LabVIEW与LabWindows™/CVI的信号发生与剖析工具包来建立丈量渠道。若要进一步了解应该怎么设置PXI WLAN测验体系，能够参看装备软件界说的WLAN测验体系。尽管这篇技能文章着重于PXI RF仪器的操作，但相同的根本丈量要素也或许通用于任何RF仪器。因而，不管是PXI仪器与传统的RF仪器，都能够经过这篇技能文件来进步相关的功能。
权衡要素1 – 均匀度与可重复性
不管是自动化规划查验仍是出产测验方面的运用，进步丈量成果可重复性的常见技能，便是均匀屡次丈量的成果。可是，假如要设定许多的均匀值来进步丈量成果的可重复性，将会添加丈量的时刻，一般来说，全体的丈量时刻能够经过均匀值的次数而进行线性的调整。因而，假如单一丈量操作需求用时20ms，那么相同的丈量成果10次取均匀的时分，就将花费近200ms。
更进一步来看，因为均匀操作能够将不行重复的减损（Impairment）- 如加性高斯白噪声（Additive white Gaussian noise，AWGN）在屡次丈量之间进行抵消，因而能够有效地进步可重复性。假如要了解均匀操刁难可重复性的影响，就能够运用NI PXIe-5673 RF矢量信号发生器与NI PXIe-5663 RF矢量信号剖析仪来履行环回测验。经过上述设备，能够在2.412GHz上发生802.11g正交频分多工（OFDM），-10dBm功率强度的RF信号。相同的，运用4种不同信号品种– BPSK (6 Mbps)、QPSK (18 Mbps)、16-QAM (24 Mbps)，与64-QAM (54 Mbps)就能够了解脉冲的巨细与调制类型对丈量时刻的影响。假如运用1024位的有效载荷，那么每种信号类型都将具有不同数量的OFDM符号。举例来说，BPSK脉冲将具有343个符号，而64-QAM脉冲将运用39个符号。因而，每种信号类型的脉冲距离也不一样，表1显现了不同类型脉冲宽度的不同。
表1802.11a/g可变数据传输率的调制方法，脉冲距离以及符号数
差错矢量强度（EVM）丈量操作能够供给完好的信号调制质量。在EVM丈量操作中，有两种内置的方法能够展现均匀的成果。针对IEEE802.11a/g脉冲，丈量的成果将掩盖各个OFDM子载波与符号。以EVM的均方根（RMS）表明。依据表1来看，应该能够直接看出脉冲中的符号数量，而且假如EVM是较低的6Mbps（BPSK）数据传输率，应该能够发生超越54Mbps脉冲的可重复丈量操作。然后能够得知较长脉冲也具有较多的符号。可是，仅当EVM是经过完好脉冲（而非特定部分脉冲）表现为RMS时，上述的假说才是建立的。权衡要素2将针对部分脉冲进行剖析，阐明相关的可重复性。
在一般的情况下，咱们能够假定：在履行较长脉冲的丈量操作的时分，将能够发生更多的可重复的EVM成果。图1显现了均匀次数与丈量规范误差之间的联系。这些丈量操作都是经过NI PXIe-5673 RF矢量信号发生器和NI PXIe-5663 RF矢量信号剖析仪来进行的。运用-10dBm的RF均匀功率，而且将这两种仪器的中心频率均设定为2.412GHz。
图1 均匀操作能够下降丈量均匀值的规范误差
图1展现了当每次丈量操作所运用的均匀次数添加的时分，1000次EVM丈量的规范误差将随之下降。请注意，因为图1 所运用的信号源是RF矢量信号发生器- 专门为了发生可重复的信号而规划的产品，所以图1中的EVM与规范误差均大大好于802.11g转换器所或许发生的实践情况。因而，能够将图1显现的成果作为可重复性的规范。而且，请注意，只需以肯定丈量值（Absolute measurement value）表明的丈量其可重复性才有含义。一般来说，只需测验仪器的EVM规范越高，其可重复性的影响就越小。表2则显现丈量操作设定为10次均匀时的EVM成果。
表2 EVM与调制类型坚持相对的共同性
表2 显现，不管调制方法的不同所测得EVM将趁于共同，可是，这也表明运用者能够经过较长的脉冲来获得较好的规范误差。当然也将需求丈量更多的符号。举例来说，假如进行10次均匀就能够在64-QAM信号上到达0.081dB的规范误差，那么当丈量BPSK信号的完好脉冲时，只需求5次均匀就能够到达相同的规范误差。
一般来说，只需求花费较长的丈量时刻，就能够经过均匀操作来到达较低的规范误差成果。表3就以54Mbps脉冲来阐明晰这种联系，请注意，表3的丈量时刻包含了门控功率和EVM丈量操作。
表3. 丈量时刻跟着均匀次数的添加而添加
在表3中，咱们运用PXIe-5663 RF矢量信号剖析仪与一套NI PXIe-8106控制器履行复合的EVM与门控功率丈量操作。EVM是由完好脉冲的RMS核算所得；而且其间的均匀值与规范误差是以超越1000次的丈量操作所核算得出的。表3则阐明，丈量时刻与均匀次数之间那趋于线性的联系。NI WLAN剖析工具包运用了所谓的非同步提取（Asynchronous fetching）技能，即当剖析仪提取出新的记载的时分，也一起处理曾经的记载。因而，运用者不需求遭到线性时刻（Linear time）的约束就能够对屡次均匀进行丈量操作。别的，还请注意表3所列出的单次均匀的EVM与功率丈量将花费9.4ms，但假如将均匀次数设定在10次，丈量操作就仅花费了63.6ms，即每次的均匀耗时为6.3ms。
权衡要素2 – 完好脉冲EVM与部分脉冲EVM
假如将仪器设定为履行部分脉冲EVM，而不是处理完好脉冲EVM丈量时，就能够在某些情况下获得较快的EVM丈量。依照默许值来处理，NI WLAN剖析工具包将履行OFDM EVM丈量来作为整个脉冲序列中一切子载波中每个符号的RMS。相同的，NI WLAN剖析工具包将802.11b DSSS EVM丈量作为整个脉冲序列一切片段的RMS。可是，依然有许多典范显现，假如仅丈量脉冲的榜首部分，那么不只能够得到可重复的丈量并节省丈量时刻。在这样的情况下，您能够经过编程来装备运算EVM所需求的符号数目或许片段数。
为了阐明部分脉冲剖析的影响，咱们能够经过两组不同的脉冲并设定其别离运用BPSK (6 Mbps) 和64-QAM (54 Mbps)。如表1所示，BPSK脉冲具有1434 µs的长度与343组符号；而64-QAM脉冲具有176 µs的长度和39组OFDM符号。相同的，本试验展现了运算EVM丈量时刻的成果作为1000次丈量的均匀值。每一个丈量值都经过一次均匀来完结并封闭了轨道。图2 展现了用来进行运算操作的符号数量与BPSK脉冲丈量时刻的联系。
图2 BPSK脉冲所测得规范误差与符号之间的联系
如图2所示，关于BPSK这种较长的脉冲序列来说，假如能够只剖析序列的一部分而不是一切的符号，就能够大大缩短丈量的时刻。假如运用比较少的符号，就能够将该脉冲的丈量时刻从40ms缩短为22ms。此外，在较快的丈量条件下，丈量成果的可重复性或许会呈现略微的误差。
很显然，部分脉冲丈量的长处是能够缩短较长脉冲的丈量时刻。形成这个成果的原因便是关于较长的脉冲序列来说，进行一次丈量的准备时刻（内存分配、驱动调用以及数据收集的时刻）与整个脉冲的丈量时刻比较仅占很小的一部分。而与之相反，对较短的脉冲序列（例如64-QAM和16QAM）来说，相关于运用的符号来说，灵活性就相对小了。例如，一个64-QAM脉冲序列仅包含39个先头符号。因为您需求多于16个符号来进行可重复的EVM丈量，所以您将不能在64-QAM脉冲序列上显著地缩短丈量时刻。图3显现了针对54Mb/s的脉冲其丈量时刻与符号数目的联系。
图3对较长的脉冲序列来说，部分脉冲剖析会更快
图2与图3所显现的成果，都运用了NI PXIe-8106控制器来加快丈量的速度。请注意，这些成果仅适用于某些条件，针对较长的BPSK与QPSK 802.11a/g信号而言，仅进行部分脉冲剖析确实能够缩短丈量的时刻。
经过WLAN剖析工具包，也能够运用相同的方法来设定IEEE802.11b EVM丈量操作只对部分脉冲进行核算。因为802.11b运用直接序列扩频（DSSS），因而将经过多级片段来核算EVM。因为默许的EVM丈量将对完好的脉冲进行核算，运用者能够将WLAN剖析工具包设定为仅对1000组片段履行EVM丈量操作。
图4. 以较少的DSSS片段来装备EVM所得到的802.11b的丈量时刻
从图4能够看出，假如针对1Mbps的信号脉冲削减丈量的片段数量，就能够将丈量的时刻从300ms缩短为170ms。
权衡要素3 – 复合丈量与单一丈量
缩短WLAN丈量时刻的第三个要素，便是履行复合式的丈量操作来替代单个设定的丈量操作。经过WLAN剖析工具包，只需求履行单一的复合式丈量操作就能够进行一切的时域丈量（时域功率、EVM和频率偏移）。因为复合丈量能够从单一脉冲中核算得到多项丈量成果，因而其功率高于次序履行的独立丈量操作。
当运用复合式丈量操作丈量功率时，有必要考虑两种方法，假如运用WLAN剖析工具包，即能够经过完好的脉冲序列来丈量RF功率，也能够经过部分脉冲序列来进行门控丈量。表4展现了各个丈量操作所需求的丈量时刻。该表格中的一切成果，都是100次丈量各自进行了单次均匀之后的总的均匀值。在些典范中，咱们运用了16组OFDM符号来完结每次802.11a/g EVM丈量操作。并针对20~120 µs的部分脉冲序列进行门控功率丈量。
表4.进行802.11a/g复合丈量与单一丈量所需求的时刻
从表4可知，针对802.11a/g的单一脉冲序列履行如EVM与功率等重要的复合丈量时，其总丈量时刻与多个单一丈量的时刻总和比较将能够有大幅地下降。表4所示的复合丈量包含了EVM，门控功率（部分脉冲）与TX功率（完好脉冲）丈量。
假如对802.11b信号进行相应的复合式丈量，也能够省下差不多的时刻。针对该信号类型，重要的丈量能够包含EVM、功率、功率上升时刻与功率下降时刻。相同的，因为复合式丈量能够让运用者同步地进行多个丈量操作，因而是一种加快设备丈量速度的方法。表5便是以NI PXIe-8106双核控制器运转LabVIEW 8.6.1进行丈量的成果。这儿经过对1000个片段进行EVM丈量，而且以100 µs的时刻距离来核算门控功率。
表5.进行802.11b复合丈量与单一丈量所需求的时刻比照
相同的，表5阐明晰并行丈量操作能够到达较高的功率。假如别离履行11Mbps CCK脉冲、EVM、TXP和上升/下降丈量操作，将一共需求126ms的丈量时刻，但假如是相等丈量，则仅需求64ms的总丈量时刻。
权衡要素4 – 丈量频跨与丈量时刻
履行WLAN频谱丈量所需求注意的第四个权衡要素，便是丈量的频跨与丈量时刻之间的联系。IEEE 802.11规范为802.11a/g信号界说了60MHz的频域遮罩，为802.11b界说了66MHz的频域遮罩；而且还有几个实例可用于用户自定制，举例来说，测验工程师或许需求100MHz的频跨来测验调制信号频率规模以外的混叠信号。更进一步来说，工程师也或许对802.11b信号只运用44MHz的频跨以缩短丈量时刻。
不管是数字IF剖析仪仍是传统的扫频剖析仪来说，丈量频宽越大，需求的丈量时刻越长。运用传统的扫频剖析仪，丈量的时刻与频跨会是线性的联系。在这样的条件下，假如将一个100kHz的RBW滤波器在所需求的频跨规模中进行扫频，丈量的时刻将与丈量的频跨成线性联系。假如运用矢量信号剖析仪（如NI PXI-5661和NI PXIe-5663），那么其成果将会有所不同。与矢量信号剖析仪的实时带宽比较，频谱丈量操作的实时带宽较为狭小，因而不需求别的的RF前端来对信号进行重调以完结丈量。
例如，NI PXIe-5663 RF矢量信号剖析仪假如供给50MHz的实时带宽，那么运用者就不需求花费许多的时刻来从头调整仪器的前端，也能够履行低于50MHz频跨的频谱丈量操作。图5便是运用NI PXIe-8106控制器履行频谱丈量操作，依据频跨规模的不同而在3~12.5ms之间改变。
图5.运转于NI PXIe-8106控制器的WLAN 802.11g/g测验的频域遮罩对频跨的联系（NIRFSA 2.2或更新版别）
与之相对的，假如频跨是在50MHz与100MHz之间，就有必要要对剖析仪的RF前端从头进行一次调整。因而，加上CPU对信号进行额定处理所需求的时刻剖析仪前面重调操作将会添加大局丈量时刻。图5展现了一个66MHz频跨（彻底的802.11a/g频域遮罩）的信号需求近12.5ms的时刻来丈量。在这样的条件下，附加时刻将会取决于本地晶振的安稳时刻而不是信号处理的时刻。
请注意，与该EVM丈量类似的是：操作者有必要考虑丈量时刻与均匀次数之间的联系。因为均匀操作能够合理地下降本底噪声，所以一般工程师都会在丈量的时分履行几回均匀。在图6中，能够观察到单次均匀与100次均匀下的频谱遮罩丈量（66MHz频跨）成果的差异。
图6对频谱模板丈量操作来说，恰当的均匀能够下降丈量的不确定性
因而，丈量频跨与均匀次数，都将影响频谱模板丈量的全体速度，一般来说，只需在RF前端有必要进行重调时，丈量频跨对丈量时刻的影响会比较大，而从另一方面来看，均匀次数帽与丈量的时刻有线性的联系。
例如，考虑对处理器资源要求较高的802.11b的频谱模板丈量（44MHz频域规模），图7展现了丈量时刻与均匀次数之间的线性联系。
图7在不同CPU条件下频谱模板丈量时刻与均匀次数的联系
更进一步来说，CPU丈量时刻与CPU的特性有相当大的联系。在这个实例中，CPU的运算才能越强，例如运用NI PXIe-8106控制器，就能够越快地完结这个测验。
权衡要素5 – CPU对丈量时刻的影响
第五个会大幅影响WLAN信号丈量的权衡要素是丈量体系所运用的CPU。CPU是软件界说的PXI丈量体系的中心根本部件之一。CPU的功能也往往是影响丈量功能最直接的要素，对RF的丈量更是如此。走运的是，现在的用户能够经过现在的多核CPU合作WLAN剖析工具包来获得极高的工业级的丈量成果。
尽管实践体系的功能依然遭到许多其它要素的影响（如存储介质容量的巨细或其它运用布景的影响），但在自动化测验体系中，CPU功能与丈量时刻的联系密不行分。表6就展现了以PXI控制器为根底的比较成果。
表6多款PXI Express控制器的重要参数比照
以上几个CPU的功能都会对全体的丈量速度形成影响，但其间影响最大的，包含处理核的数量、CPU时钟频率、前端总线、L2缓存的巨细和体系内存的巨细。
图8展现的是脉冲数据传输率与丈量时刻的联系。还有CPU对EVM丈量时刻的影响，如图所示，NI PXIe-8106双核控制器在一切的数据传输率中，都能够获得较快的EVM丈量时刻。
图8 较快的CPU能够缩短丈量的时刻
尽管PXIe-8106在一切的数据传输率下都能够获得最快的速度，可是请注意，它并非本次试验运用的一切控制器中时钟频率最高的。尽管NI PXIe-8130所运用的AMD CPU的时钟比NI PXIe-8106的时钟频率要高，但因为其L2缓存巨细较小，因而影响了其运算的速度。NI PXIe-8106所运用的Intel Core 2Duo T700 CPU，是这次试验中L2缓存最大（4MB）的CPU。
定论
如上面的表格与图示所展现的，有许多的要素都或许影响WLAN信号的全体丈量时刻。因而，假如想要将丈量体系的速度发挥到极致，就有必要要细心地考虑相关的装备，包含均匀次数、所要丈量的符号数与丈量频跨（频谱）。更进一步地看，尽管操作者能够调整多个丈量装备来缩短丈量的时刻，却也需求一起考虑或许相关影响的可重复性、精度或许是丈量的完好性，从而到达成果的平衡。因而，假如要不献身丈量的质量又要能够进步测验的数据传输量，最简略的方法莫过于挑选更好的CPU。而软件界说的PXI架构的测验体系的重要优势之一便是能够让操作者能够依据自己的需求挑选CPU。除了能够大幅进步丈量速度之外，PXI体系也能够高度的自定制。所以，操作者能够获得未来晋级处理器的灵活性以到达更快的丈量速度。
