UWB與WMAN無(wú)線電系統(tǒng)的先期驗(yàn)證

采用正交頻分多路轉(zhuǎn)換（OFDM）實(shí)體層的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)路（WLAN），目前已經(jīng)在全球各地廣泛地進(jìn)行商業(yè)建置，它主要是根據(jù)IEEE 802.11a/g OFDM 無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在設(shè)計(jì)工程師正使用移動(dòng)無(wú)線平臺(tái)專用的多模態(tài)IEEE 802.11a/b/g 晶片組，來提升IC 整合的程度，以配合價(jià)格低廉的無(wú)線上網(wǎng)服務(wù)。新興的IEEE 802.15.3a超寬頻（UWB）和IEEE 802.16d 無(wú)線都會(huì)區(qū)域網(wǎng)路（WMAN, 又稱WiMAX）標(biāo)準(zhǔn)，將促使IC 設(shè)計(jì)朝更高資料速率的OFDM 應(yīng)用發(fā)展。

過去三年產(chǎn)業(yè)全力開發(fā)WLAN OFDM 產(chǎn)品的結(jié)果，不但改革了設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的程序，還因?yàn)閺?qiáng)調(diào)初期驗(yàn)證而提升了設(shè)計(jì)的效率，并因此加快了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的消費(fèi)者市場(chǎng)引進(jìn)新的OFDM 產(chǎn)品的腳步。零中頻（Zero IF）的CMOS RFIC 徹底顛覆了WLAN 的設(shè)計(jì)，讓低價(jià)產(chǎn)品得以展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。這些產(chǎn)品通常包括基頻和RFIC，它們會(huì)在電路板層級(jí)的模組或封裝內(nèi)整合一些晶片外（off-chip）元件，像是功率放大器、濾波器和天線，如圖1 所示。

RF 和基頻IC 通常會(huì)整合到參考無(wú)線電（reference radio）的原型中，以便在量產(chǎn)IC 之前進(jìn)行系統(tǒng)層級(jí)的OFDM無(wú)線電認(rèn)證測(cè)試。舉例來說，使用可程控的基頻IC 補(bǔ)償演算法，可以減少RF IC的瑕疵，而這些演算法必須在系統(tǒng)層級(jí)的參考無(wú)線電測(cè)試過程中進(jìn)行驗(yàn)證。將模擬與驗(yàn)證工具整合在一起的好處是，WLAN無(wú)線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師不必等到后期整合時(shí)才能找出RFIC 或基頻演算法中的問題，而是在設(shè)計(jì)流程的初期就能驗(yàn)證重要的OFDM 無(wú)線電規(guī)格。

在整合的設(shè)計(jì)流程中，一開始必須進(jìn)行RF 和基頻IC 的模擬，以便在tape-out之前驗(yàn)證重要的規(guī)格，進(jìn)而縮短設(shè)計(jì)週期。在模擬的過程中應(yīng)執(zhí)行各項(xiàng)虛擬量測(cè)，亦即分析候選OFDM 設(shè)計(jì)，以取得發(fā)射器的差錯(cuò)向量幅度（EVM），并且進(jìn)行除錯(cuò)。將模擬時(shí)所合成的測(cè)試信號(hào)下載到儀器中，可產(chǎn)生OFDM 測(cè)試信號(hào)以評(píng)估原型IC。至于接收器的信號(hào)擷取與誤碼率（BER）測(cè)試，則必須在包含發(fā)射器失真、通道瑕疵及不想要的干擾信號(hào)下執(zhí)行。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序，可使用事先設(shè)好的測(cè)試與驗(yàn)證設(shè)定，依據(jù)發(fā)射器頻譜、EVM 和BER 等效能量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估設(shè)計(jì)。

OFDM 無(wú)線電系統(tǒng)

遵循IEEE 802.15.3a 標(biāo)準(zhǔn)的UWB 無(wú)線個(gè)人網(wǎng)路（WPAN），使用低于11 GHz的載波頻率及110 到480 Mbp s的資料速率，提供短距離（＜30 呎）的應(yīng)用，例如家庭辦公室的無(wú)線USB 和串流視頻。遵循IEEE 802.16d 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線都會(huì)區(qū)域網(wǎng)路（WMAN）則使用低于11 GHz 的載波頻率及最高75 Mbps 的資料速率，提供4 到6哩遠(yuǎn)的寬頻無(wú)線上網(wǎng)（BWA），或“最后一哩”上網(wǎng)服務(wù)。由于頻譜管理單位、標(biāo)準(zhǔn)制定組織、工業(yè)團(tuán)體及各個(gè)協(xié)會(huì)都在推動(dòng)IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，究竟哪些標(biāo)準(zhǔn)會(huì)勝出目前還不明朗。一般認(rèn)為各家WLAN產(chǎn)品廠商針對(duì)消費(fèi)性產(chǎn)品的相互操作性所做的努力，將有助于IEEE 802.11a/b/g 標(biāo)準(zhǔn)成為全球的無(wú)線網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)。至于新興的WPAN/WMAN 標(biāo)準(zhǔn)，還得花上好幾年的時(shí)間才能完成。在各界競(jìng)相推出新標(biāo)準(zhǔn)的這段期間，OFDM 無(wú)線電晶片設(shè)計(jì)師需要有彈性的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工具，以便因應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定新的模擬與測(cè)試解決方案。

加速新興的OFDM 產(chǎn)品的開發(fā)

混合信號(hào)系統(tǒng)整合單晶片（SoC）的驗(yàn)證作業(yè)，可在IC tape-out 及交付生產(chǎn)之前，根據(jù)模擬的行為和元件模型來確保設(shè)計(jì)達(dá)到效能規(guī)格。目前0.1 um IC 的生產(chǎn)過程都很久，所需的光罩成本大約是100萬(wàn)美金。內(nèi)含幾千萬(wàn)個(gè)閘的SoC 設(shè)計(jì)，往往需要用到幾千億個(gè)二進(jìn)位測(cè)試碼型（測(cè)試向量）；產(chǎn)生及模擬無(wú)數(shù)個(gè)輸入組合，可以確保設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生無(wú)法恢復(fù)的狀態(tài)。工程小組可能要花上總設(shè)計(jì)時(shí)間的50% 到70% 來執(zhí)行驗(yàn)證工作。生產(chǎn)混合信號(hào)SoC 最大的挑戰(zhàn)之一，就是必須為模擬和數(shù)字信號(hào)開發(fā)出適合的test benches，以便在自動(dòng)化的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證流程中控制及觀察內(nèi)部的IC 信號(hào)。當(dāng)SoC變得愈來愈復(fù)雜時(shí)，在設(shè)計(jì)週期中進(jìn)行驗(yàn)證就變得格外重要且富挑戰(zhàn)性。

OFDM 設(shè)計(jì)工程人員整合了系統(tǒng)層級(jí)的模擬與驗(yàn)證設(shè)計(jì)流程，以便在模擬過程中對(duì)復(fù)雜的IC 設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)前的初期驗(yàn)證，同時(shí)他們也將上述流程與生產(chǎn)流程和制造測(cè)試程序連接在一起。如此一來，設(shè)計(jì)工程師就可以在整個(gè)產(chǎn)品生命週期中使用設(shè)計(jì)智財(cái)元件（IP），以達(dá)到降低成本的目標(biāo)。以下三個(gè)重要的策略，可以讓新的OFDM 產(chǎn)品具備更高的可預(yù)測(cè)性和獲利能力：
• 執(zhí)行先期驗(yàn)證
• 整合設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與制造測(cè)試
• 進(jìn)行完美的RF 模擬

當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入開發(fā)的最后階段時(shí)，設(shè)計(jì)問題對(duì)財(cái)務(wù)與時(shí)程的影響將會(huì)愈來愈明顯。后期的整合問題及RFIC 未能達(dá)到效能目標(biāo)，是造成專案進(jìn)度落后及成本超出預(yù)期的兩個(gè)最常見的原因，但可藉由整合設(shè)計(jì)、模擬與測(cè)試工具和方法來解決。在開發(fā)IEEE 802.11 WLAN OFDM 產(chǎn)品的過程中，幾個(gè)重要的成功因素包括：
• 使用OFDM 通信模型程式庫(kù)來執(zhí)行合乎標(biāo)準(zhǔn)的參考無(wú)線電模擬。
• 參考無(wú)線電的端對(duì)端模擬與驗(yàn)證，各個(gè)系統(tǒng)區(qū)塊是在不同的時(shí)間開發(fā)而成的。
• 當(dāng)每個(gè)設(shè)計(jì)小組將個(gè)別的IP 區(qū)塊移到下一個(gè)開發(fā)階段時(shí)，都會(huì)執(zhí)行效能檢查。
• 在模擬與實(shí)體儀器之間使用一致的量測(cè)與分析演算法。
• 不同據(jù)點(diǎn)及單位的設(shè)計(jì)與測(cè)試站，都使用相同的效能量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
　

圖1. OFDM 參考無(wú)線電。