תקן ה-IEEE 802.11ad הוא טכנולוגיה שמתפתחת במהירות וצפויה לאפשר קישוריות אלחוטית של עד 7Gb/s עבור יישומי נתונים, תצוגה ושמע. לפי טיוטת התקן מחודש ינואר 2011, האותות יאכלסו את תחום התדרים 60GHz הפנוי לשימוש וההתקנים התואמים יספקו תאימות לאחור לתקן 802.11. כתוצאה מכך, התקני ה-tri-band יפעלו בתדרי 2.4, 5.0 ו- 60GHz.
חברות רבות השיקו פרויקטים של פיתוח מוצרים, והמפתחים נדרשים להתמודד עם אתגרים שנעים בין תכנון ברמת המערכת ועד לבדיקות אימות. לדוגמה, בדיקות יסודיות של משדרים ומקלטים תואמי 802.11ad מצריכות שלושה מרכיבים חיוניים: יצירת צורות גל שרירותיות (arbitrary waveform), המרת תדרים וכן ניתוח של אותות, אפנון וספקטרום. מאמר זה מפרט כמה מן הבעיות המרכזיות הכרוכות בבדיקה ומציג תצורת מערכת, שמאפשרת בדיקה וניתוח יסודיים של התקנים תואמי 802.11ad.
איור 1 דוגמה זו של מדידת EVM נוצרה באמצעות תצורת מערכת בדיקה הזהה לזו שמופיעה באיור 2.
תיאור הבעיה
במסגרת הפיתוח של מוצרי התקן החדש 802.11ad, הבדיקות נדרשות לטפל בחלקי המשדר והמקלט של כל התקן. במקרה של התקן tri-band, האותות כוללים שלושה מאפיינים מרכזיים: הם פועלים בתדרים של 2.4, 5.0 ו-60GHz; נושאים סכמות אפנון שונות ורוחבי הפס שלהם נמצאים בטווח ה-20MHz , טווח ה-40GHz , טווח של עד 80/160GHz, רציף ושאינו רציף (802.11ac), או 2GHz. בנקודות שונות לאורך תרשים הלבנים של הרדיו, האותות עשויים לפעול בטווחי התדרים של פס בסיס, תדרי ביניים (IF) או תדרי רדיו (RF).
כחלק מהצהרת הבעיה הכללית, טיוטת תקן IEEE 802.11ad כוללת מדידות ספציפיות עם ערכים צפויים עבור משדרים ומקלטים. הדוגמאות כוללות רגישות מינימאלית של המקלט וכן נתוני Error Vector Magnitude של השידור.
מעבר למפרטי הטיוטה, ייתכן שצוותי התכנון יהיו מעוניינים לאמת את ביצועיו הכוללים של התקן חדש תואם 802.11ad. במקרה כזה, יהיה עליהם לבחון מדידות חשובות כגון התאמה, שבח או הפסד דרך ממירי תדרים, ולבצע מדידות לא-ליניאריות כגון p1dB תחת תנאי פעולה שונים.
איור 2 בדיקה יסודית של משדרים ומקלטים תואמי תקן 802.11ad מצריך תמהיל יכולות: יצירת צורת גל, יצירת אותות, המרת תדרים, ניתוח אותות, ניתוח אפנון וכן ניתוח ספקטרום.
יצירת פתרון לבדיקה
בדיקות יסודיות של משדרים ומקלטים תואמי 802.11ad בתדרי פס הבסיס, ה-IF וה-RF מצריכות שלושה מרכיבים חיוניים: יצירת צורות גל שרירותיות (arbitrary waveform), המרת תדרים וכן ניתוח אותות, אפנון וספקטרום. באיור 2 מופיעה התקנת בדיקה גמישה, שניתנת להגדרה על-ידי המשתמש, אשר מכסה את כל הדרישות הנזכרות.
הדמיית אותות: מרכיבי Baseband בצד המשדר
החל בחלקו העליון של איור 2, יצירת צורת הגל בתדרי Baseband מושגת באמצעות תוכנה ייעודית ומחולל צורת גל שרירותיות (AWG). במקרה זה, נעשה שימוש ב-AWG הפועל בקצב של 4.2GSa/s לצורך יצירת הדמיות מדויקות במיוחד של אותות תואמי תקן, אשר ניתנים להחלה על משדרים ומקלטים. עם תכונותיו העיקריות של ה-AWG נמנות רזולוציה של 12 סיביות, זיכרון של עד
64MSa ויכולות מתקדמות של עריכה ברצף. ה-AWG זמין עם ערוץ מוצא אחד או שני ערוצי מוצא וכן ניתן לקשר שתי יחידות כדי לספק ארבע יציאות מסונכרנות. כל ערוץ מוצא מתאפיין ברוחב פס אפנון של עד 1GHz ובאפנון I/Q של עד 2GHz, בתדרי גל נושא של עד 1.5GHz.
אפיון ביצועי ההתקן לעומת התקן אף מצריך יצירת אותות פגומים או מתוקנים, אשר מחקים בעיות שונות של “העולם האמיתי”, כגון fading, distortion, סטיית I/Q ובעיות carrier-to-noise. בין היתר, ניתן לבצע זאת באמצעות תוכנה מחוללת צורות גל, אשר יכולה להוריד צורות גל לתוך זיכרון ה-AWG. הדוגמאות כוללות את SystemVue and Signal Studio של Agilent וכן את MATLAB של MathWorks.
הדמיית אותות: מרכיבי IF ו-RF בצד המשדר
אם נתקדם במורד התרשים, ניווכח כי המרת התדרים בתחום ה-IF מבוצעת באמצעות upconverter (ממיר מעלה תדר). בתצורה זו נעשה שימוש במחולל אותות וקטוריים, עם כניסות I/Q חיצוניות אופציונאליות בפס רחב. כמתואר, ה-AWG משמש להנעה ישירה של מאפנן ה-I/Q הפנימי של מחולל האותות באמצעות רוחב פס אפנון I/Q של עד 2GHz .
התקן upconverter שתוכנן בהתאמה אישית מספק המרת תדרים לטווח תדרי ה-RF. מחולל אותות מיקרוגל אנלוגי מספק אות LO יציב ל-upconvereter.
Agilent M8190A הפועל בקצב של 4.2GSa/s לצורך יצירת הדמיות מדויקות במיוחד של אותות תואמי תקן, אשר ניתנים להחלה על משדרים ומקלטים.
ניתוח אותות: מרכיבי IF ו-RF בצד המקלט
במחצית התחתונה של האיור, ניתן לראות כי התקן ה-downconverter שתוכנן בהתאמה אישית מספק תרגום תדרים לתחום ה-IF. בתצורה זו, יכולות ניתוח האותות, האפנון והספקטרום מסופקות על-ידי אוסילוסקופ בעל ביצועים מעולים (רוחב פס אנלוגי של עד 32GHz) ונתח אותות מתקדם (עם כיסוי אופציונאלי של תדרי הקצה הגבוה, החל ב-RF וכלה בגמ”מ [millimeter wave]).
תצורה זו אף כוללת את תוכנת נתח האותות הווקטוריים (VSA) מדגם Agilent 89600B, אשר תומכת ביותר מ-30 פלטפורמות חומרה ויכולה לפעול במחשב אישי או בתוך מכשירים חדישים מבוססי Windows של Agilent Technologies. תוכנת ה-VSA תומכת ביותר מ-70 פורמטים של אותות, מספקת יכולות דה-מודולציה ומבצעת מדידות של EVM ושל מאפייני אותות חשובים אחרים.
MATLAB מהווה חלק חשוב נוסף בפתרון צד המקלט. במקרה זה, היא מספקת סביבת תוכנה התומכת במיכון מדידות ובניתוח נתונים. לדוגמה, ניתן להשתמש בה לצורך יצירה והחלה של מדידות, מסננים, עיבוד ואקווליזציה בהתאמה אישית – יכולות שהנן שימושיות במיוחד כל עוד התקנים אינם מוגמרים. בנוסף, ניתן להשתמש ב-MATLAB לצורך יצירת תוכניות נתונים בדו-ממד ותלת-ממד, אשר נגזרות מן הנתונים שנמדדו.
בכל הנוגע לאפיון RF נוסף בטווח שבין 10MHz ל-67MHz , נתח רשתות מיקרוגל מספק מדידות בחיבור יחיד של התקנים פעילים כגון מגברים, מיקסרים וממירי תדרים. כדי לפשט את תצורת הבדיקה, המרכיבים המובנים כוללים מקור אותות נוסף, משלב (combiner) ומתגים פנימיים למיתוג אותות. המדידות לדוגמה כוללות S Parameters , דחיסת הגבר (gain compression), מדידות two-tone ומדידות ספרת הרעש על גבי ממירים והתקנים בעלי שני פורטים.
סיום
התצורה המוצגת במאמר זה מספקת מגוון יכולות בדיקה וניתוח, אשר נותנות מענה לאתגרי הפיתוח של משדרים ומקלטים תואמי תקן 802.11ad. השילוב המוצע של מרכיבי תוכנה גמישים ומכשור מתקדם ניתן למדרוג ולהגדרה מחדש, באופן המאפשר לתת מענה לטכנולוגיות נוספות, כמו גם לפרויקטים עתידיים.
מאת: ג’ף פול,
Agilent Technologies
