1、應(yīng)對(duì)5G WiFi新一代無(wú)線測(cè)試的挑戰(zhàn)被業(yè)界認(rèn)為是第五代 WiFi的802.11ac正在呼之欲出，它與之前的 WiFi標(biāo)準(zhǔn) 制式有哪些方面的不同，為什么會(huì)被業(yè)界如此看好，讓我們先來(lái)了解一下WiFi和WLAN勺歷史。無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）隹行之初被普遍認(rèn)可的兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE802.11a和 802.11b o最初設(shè)計(jì)這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是為滿足便攜式電腦在家和辦公室環(huán)境中可隨 意移動(dòng)的要求。隨后，在一些機(jī)場(chǎng)、酒店、咖啡屋和購(gòu)物廣場(chǎng)也開始允許通過(guò)無(wú)線 接入（商業(yè)命名為Wi-Fi）,隨時(shí)隨地上網(wǎng)、查詢電子郵件等，擴(kuò)展了無(wú)線寬帶的功 能。雖然無(wú)線寬帶連接的數(shù)據(jù)速度曾經(jīng)很有限，例如， 802.11a在

2、5 GHz頻段可提 供的最高速率是54 Mbps,而802.11b在2.4 GHz只有11 Mbps,但這兩個(gè)頻段都 是免費(fèi)的，即不需要授權(quán)的。為了盡量減少來(lái)自其它同頻設(shè)備的干擾，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 都采用了擴(kuò)頻傳輸技術(shù)和比較復(fù)雜的編碼技術(shù)。IEEE（美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)）頒布了 802.11g,依舊工作在2003年，2.4 GHz頻段，但是數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到 54 Mbps。與此同時(shí)，一種新的應(yīng)用模 式即在家庭和小型辦公室里可連接多個(gè)設(shè)備并在設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，對(duì)無(wú)線局域 網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提出更高要求，從而使得一個(gè)新的研究項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，這就是于 2009公布的802.11n的由來(lái)。為了使單信道的數(shù)

3、據(jù)速率最高可以超過(guò)100 Mbps,在802.11n標(biāo)準(zhǔn)中引入的MIMO （即多輸入-多輸出，或空間數(shù)據(jù)流）技術(shù)，利用物 理上完全分離的最多4個(gè)發(fā)射和4個(gè)接收天線，對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的調(diào)制/解 調(diào)，來(lái)達(dá)到傳輸較高的數(shù)據(jù)容量的目的。在表1中例舉出了當(dāng)前一些比較超前的應(yīng)用模式，這些模式需要更高的數(shù)據(jù)傳 輸量來(lái)支持“無(wú)線辦公”的要求。表1,新型WLA版用模式種類使用模式無(wú)線顯示？臺(tái)式機(jī)的存儲(chǔ)和顯示?會(huì)議室或禮堂電視或投影儀連接?室內(nèi)游戲?攝像機(jī)到顯示器的媒體播放?專業(yè)高清電視播放顯示分布式高清電視？家庭內(nèi)視頻傳播?大型運(yùn)輸設(shè)備內(nèi)部應(yīng)用（如飛機(jī)，輪船等）?辦公室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)?遠(yuǎn)程醫(yī)療快速上傳和下載？快速

4、文件傳輸/同步?圖像瀏覽?飛機(jī)停靠時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸（如旅客名單，油量，餐食等等）?向移動(dòng)設(shè)備下載電影?警用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸回程（Backhaul） ? 多媒體網(wǎng)絡(luò)回程傳輸?點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的回程傳輸室外廣場(chǎng)或室內(nèi)禮堂？室外的視頻演示/室內(nèi)禮堂的遠(yuǎn)程視頻（遠(yuǎn)地視頻）傳輸?公共安全網(wǎng)絡(luò)制造平臺(tái)？自動(dòng)化測(cè)試為了滿足以上這些需要，IEEE內(nèi)部設(shè)立了兩個(gè)項(xiàng)目工作組，以“極高吞吐量 (Very High Throughput) ”為目標(biāo)進(jìn)行立項(xiàng)研究。其中一個(gè)工作組 (Working Group) TGac是以802.11n標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)并進(jìn)行擴(kuò)展，制定出 802.11ac,即在5GHz 的頻段上，數(shù)據(jù)吞吐量目標(biāo)為：在單通道

5、鏈路上的最低速。另一個(gè)工作組TGad與無(wú)線千兆比特聯(lián)盟率為 500 Mb/s,最高可達(dá)到1Gbps (Wireless Gigabit Alliance)聯(lián)合提出 802.11ad 的標(biāo)準(zhǔn)，即在 60GHz的頻段上使用大約2 GHz頻譜帶寬，這一尚未使用的頻段可以在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá)7Gbps的傳輸速率。(60GHz頻率的載波穿透能力差，信號(hào)衰減嚴(yán)重，傳輸距離與覆 蓋范圍都受到限制)。另外還有與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，在相同頻段上與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的 后向兼容都是標(biāo)準(zhǔn)組織“必須”考慮的問(wèn)題。 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)之一就是后 向兼容，對(duì)于802.11ac和ad來(lái)說(shuō)主要考慮媒介控制層(MAC域數(shù)據(jù)鏈路層

6、與之前 的標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，而不同的只能是物理層上的特性。(如圖1)。對(duì)于WLAN勺設(shè)備可以支持三種無(wú)線制式：一般用途的使用在2.4GHz頻段，但會(huì)受到同頻干擾的問(wèn) 題;更穩(wěn)定和較高速率的應(yīng)用在5 GHz頻段，使用60GHz段用于室內(nèi)的超高速率 的應(yīng)用，同時(shí)還能支持在這三種制式之間的轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)目前都有技術(shù)草 案。802.11ad的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。不管 怎樣，預(yù)計(jì)依照這些草案標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都會(huì)先于最終標(biāo)準(zhǔn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)。由于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別基于5GHz和60 GHz,將會(huì)體現(xiàn)在物理層的屬性完全不 同，所以，本片文章主要是針對(duì) 802.11ac

7、進(jìn)行介紹。802.11ac與802.11n的技術(shù)區(qū)別802.11ac的物理層是對(duì)802.11n標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)，而且要滿足后向兼容。下面我們 來(lái)著重探討一下在802.11ac上的變化。表2列出802.11n的物理層的主要特點(diǎn)， 表3則列出了在802.11ac上主要擴(kuò)展的方面。理論上說(shuō) 802.11n在使用了 40MHz 帶寬和4個(gè)空間流可以達(dá)到最高600 Mbps的數(shù)據(jù)速率，盡管目前很多無(wú)線設(shè)備只能支持2路空間流。對(duì)于802.11ac來(lái)說(shuō)，理論上使用160 MHz帶寬，8個(gè)空間流，MCS編碼，256QAMRI制，最高速率能達(dá)到6.93 Gbps。而真正可以使用的數(shù)據(jù)速率大概是1.56 Gbps。表2

8、, IEEE802.11n主要特性特征必選項(xiàng)可選項(xiàng)傳輸方式OFDM信道帶寬20 MHz 40 MHzFFT 大小 64 128數(shù)據(jù)子載波/導(dǎo)頻個(gè)數(shù)52/4 108/6子載波間隔312.5 kHzOFDMff號(hào)持續(xù)時(shí)間4 us (800 ns 保護(hù)間隔)3.6 us ( 短保護(hù)間隔)調(diào)制方式BPSK QPSK, 16QAM 64QAM前向糾錯(cuò)編碼二進(jìn)制卷積編碼(BCC)低密度奇偶校驗(yàn)編碼(LDPC)編碼速率 1/2, 2/3, 3/4, 5/6MCSt持0到7, 0到15用于接入8到76, 16到76用于接點(diǎn)入點(diǎn)空間流和1,2用于接入點(diǎn)3或4,MIMO直接映射發(fā)射波束賦形，時(shí)空塊編碼運(yùn)行模式 /

9、PPDU 格式 HT/non-HT(802.11a/b/g)/ Greenfield/HT-Mixed HT-Greenfield( 僅 802.11n)mixed(802.11a/b/g/n)表3, IEEE802.11ac的主要特性(黑體字是ac新增加的)特征必選項(xiàng)可選項(xiàng)信道帶寬 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz 160 MHz, 80+80 MHz FFT 大小 64 , 128, 256 512數(shù)據(jù)子載波/導(dǎo)頻個(gè)數(shù)52/4 , 108/6, 234/8 468/16調(diào)制方式 BPSK QPSK, 16QAM 64QAM 256QAMMC斂持0至I 7 8和9空間流和MIMO

10、 1 2到8發(fā)射波束賦行，時(shí)空編碼，多用戶MIMO (MU-MIMO)運(yùn)行模式/PPDU格式極高吞吐率(VHT)如圖1.所示，這是在美國(guó)地區(qū)針對(duì)新寬帶信道需求的一個(gè)頻譜的圖，其中也包 括了一個(gè)80+80MHz勺非連續(xù)帶寬的模式。主要原因是從 5490 MHz至U 5730 MHz的 這段頻譜中有一部分已經(jīng)被氣象雷達(dá)占用，為了避免相互的干擾，只能選用不連續(xù) 的兩個(gè)80 MHz帶寬組合成160 MHz的帶寬。這兩種情況都被列入標(biāo)準(zhǔn)中作為可選 項(xiàng)。51種M9Q帕制Fi/父弼6MHjHlf *Ibrtu UHr hfrb 拙，ifff 6后Z題點(diǎn)展工總將斑羯Ml 鄂事 TOC o 1-5 h z rr

11、wto= 1一rv3cMyynr qoMMfcZ J - i 顯芍 如 :工 ( mmr)Hh 4tt _21oMaiaiBr-iW19*W wb*：*3n圖1. IEEE 802.11 ac 在美國(guó)地區(qū)的頻帶分布802.11ac對(duì)于20和40 MHz帶寬的定義與802.11n是一致，即子載波和導(dǎo)頻數(shù)和它們的位置都不變，這也是這兩種標(biāo)準(zhǔn)相兼容所必須的條件。對(duì)于 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中新的內(nèi)容，不管是 80MHz 160MH斑是80+80 MHz與80 MHz有著同樣的定義方法，只不過(guò)后兩者考慮是的是 2個(gè)80 MHz信道的載波分配。從幀結(jié)構(gòu)上看，802.11ac的系統(tǒng)能夠探測(cè)接入設(shè)備的幀結(jié)構(gòu)里

12、所包含的前導(dǎo)碼 (preample)和導(dǎo)頻信號(hào)(pilot),來(lái)區(qū)分接入設(shè)備使用的是何種標(biāo)準(zhǔn)，并自適應(yīng)， 這就是后向兼容。802.11n和802.11ac的幀結(jié)構(gòu)如下圖(圖2)。 TOC o 1-5 h z 鵬 1 一、一 *吊IHWrCLl MMk PHMil HUB. ， 4. flU D -一I tllH 器國(guó) j I卬i L5卜.皿4皿加可-小職1 MM -ii_* i *I i .*i * i rl*mi EMKLl VWM fWlkBH 11m. WWM fit ITWH uhii 1，一mww圖2. 802.11n 與802.11ac的幀結(jié)構(gòu)的對(duì)比從這兩個(gè)幀結(jié)構(gòu)里可以看到，最前面

13、的3個(gè)部分:短碼部分(short trainingfield-STF), 長(zhǎng)碼部分(long training field-LTF) 和信號(hào)部分(signal field-SIG) 是用來(lái)兼容現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的(即802.11a/b/g/n),也就是它們都有一個(gè)開頭字母 L,代 表的Legacy的含義。第四個(gè)部份VHT-SIG-A第一個(gè)碼字是BPSKM制信號(hào)，而第二 個(gè)碼字則旋轉(zhuǎn)了 90?,為QBPSK用來(lái)區(qū)分HT和VHT奠式。在802.11ac中的VHT- STF用來(lái)改善在MIMOt輸中的自動(dòng)增益控制。緊跟在 VHT-ST方面白是VHT-LTF 即長(zhǎng)訓(xùn)練序列，它為接收機(jī)提供了在發(fā)射天線和接收天線之間

14、進(jìn)行MIMC估信道測(cè)算的比特。根據(jù)空分碼流的總數(shù)可以分為1,2,4,6 或者8個(gè)VHT-LTF在802.11ac中，1, 2或者4個(gè)VHT-LTF進(jìn)行直接映射，又增加了 6或者8個(gè)VHT- LTF用于最大8個(gè)空分碼流的應(yīng)用。VHT-SIG-B描述了所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度、調(diào)制 方式和編碼方式(即MCS是單個(gè)用戶還是多用戶的模式。802.11ac的測(cè)試需要表4中列舉了 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的測(cè)試要求，這些要求 跟802.11n很類似，并增加了一些針對(duì) 802.11ac的新的測(cè)試項(xiàng)目和規(guī)范。這些規(guī)范目前還在不斷地完善過(guò)程中，要了解最新的 802.11ac的規(guī)范，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)IEEE的網(wǎng)

15、站 HYPERLINK ,針對(duì)發(fā)射機(jī)的測(cè)試規(guī)范請(qǐng)參見章節(jié) 22.3.19,針對(duì)接收 機(jī)的規(guī)范可參見章節(jié)22.3.20.除此之外，還要考慮通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能測(cè)試和性 能測(cè)試，以保證產(chǎn)品的性能和互通性等。表4, 802.11ac的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的測(cè)試要求發(fā)射機(jī)測(cè)試(802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)章節(jié)接收機(jī)測(cè)試(802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)章節(jié)22.3.19) 22.3.20)發(fā)射頻譜模板(SEM)最小輸入電平敏感度頻譜平坦度(spectral flatness)鄰道抑制發(fā)射中心頻率容差 非-鄰道抑制發(fā)包一致性接收機(jī)最大輸入功率符號(hào)時(shí)鐘頻率容差空閑信道檢測(cè)(CCA)靈敏度調(diào)制精度：-發(fā)射機(jī)載波泄漏-發(fā)射機(jī)星座誤差

16、(EVM)802.11ac對(duì)設(shè)計(jì)和測(cè)量的挑戰(zhàn)802.11ac的一些新的特性使得測(cè)試這些產(chǎn)品出現(xiàn)新的挑戰(zhàn),256QAMfe術(shù)要求在接收和發(fā)射電路中有良好的矢量誤差(EVM),在星座圖測(cè)量中要求也更為復(fù)雜、精 確。矢量信號(hào)分析設(shè)備，安捷倫 89600 VSA軟件提供了詳細(xì)分析802.11 ac信號(hào)矢 量信號(hào)的分析，以便洞察其信號(hào)出錯(cuò)情況，做出更好的調(diào)整和更改，同時(shí)還支持 4x4 的 MIMOW量。另一個(gè)測(cè)量挑戰(zhàn)出現(xiàn)在測(cè)量數(shù)字預(yù)失真(DPD),為了改善失真，需要產(chǎn)生和測(cè) 量占用帶寬高出3-5倍帶寬范圍內(nèi)的功率放大器的線性特征。安捷倫 SystemVue W1716 DPD Builder軟件能夠提供

17、一個(gè)自動(dòng)數(shù)字線性失真設(shè)計(jì)測(cè)試應(yīng)用。該軟件產(chǎn) 生一個(gè)激勵(lì)波形，下載到信號(hào)源，信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)功率放大器后使用信號(hào)分析儀接受放大后的信號(hào)，并將信號(hào)解調(diào)出來(lái)，傳輸給測(cè)試電腦，軟件通過(guò)對(duì)比激勵(lì)波形和接收到的波形判斷失真情況，從而達(dá)到測(cè)量和分析功能。如下圖四閏1 DPD50CB VSAM9392A PIIVSA圖3.數(shù)字預(yù)失真構(gòu)建的系統(tǒng)配置圖圖4.數(shù)字預(yù)失真的實(shí)例圖4顯示了一個(gè)802.11ac 80MHz信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)失真的實(shí)例。綠色波形是發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)，藍(lán)色波形是沒有經(jīng)過(guò)預(yù)失真處理的從功放輸出的信號(hào)，而紅色波形是經(jīng) 過(guò)預(yù)失真的結(jié)果。設(shè)計(jì)和研發(fā)中更具挑戰(zhàn)的是如何能產(chǎn)生和分析 802.11ac這樣更寬的信

18、號(hào)。尤 其在考慮器件測(cè)量、發(fā)射機(jī)測(cè)量和接收機(jī)測(cè)量時(shí)，常常用到80MHz和160MHz勺寬帶信號(hào)。由于許多RF信號(hào)發(fā)生器并不具有足夠高的采樣率，要達(dá)到最低2倍過(guò)采樣的基本要求，在產(chǎn)生80MHzt寬信號(hào)時(shí)，由于混疊現(xiàn)象會(huì)在信號(hào)上產(chǎn)生“鬼影”。然 而，采用合適的濾波器和對(duì)波形文件進(jìn)行過(guò)采樣這項(xiàng)技術(shù)，就能夠產(chǎn)生具有良好頻 譜特性和EVM勺80MHz勺信號(hào)。使用 Agilent N5182A MXG或者E4438c ESG號(hào)發(fā) 生器就能滿足以上需求。要產(chǎn)生160MHz勺信號(hào)，則要利用一個(gè)寬帶的任意波形發(fā)射器 (AWG)如 Agilent 81180A, M8190A,或者M(jìn)9330A利用它們產(chǎn)生模擬的I

19、/Q信號(hào)，送到一個(gè)具有外部I/Q輸入端的矢量信號(hào)發(fā)生器，如 Agilent MXG, ESG 或者E8267D PSG 進(jìn)行上變頻，然后通過(guò) RF頻率發(fā)射出來(lái)。同樣，利用這種方式也可以產(chǎn)生80+80MHzB勺信號(hào)，即在兩個(gè)MXG ESGM分別生成兩個(gè)80 MHz的信號(hào)，然后在合并在 一起成為一個(gè)160MH超寬的RF信號(hào)。而對(duì)于160MHz寬的信號(hào)分析，則可以使用 Agilent 89600 VSA 軟件配合 Agilent N9030A PXA 信號(hào)分析儀，M9392A PXI微波矢量分析模塊，M9202A PXI Digitizer ,或者Agilent示波器這些硬件前端進(jìn)行分析。M9392

20、A以分析的信號(hào) 帶寬達(dá)到250 MHz,而M9020AT以達(dá)到800MHz示波器可分析的信號(hào)帶寬則更 寬，可以達(dá)到1GHz以上。這些寬帶分析儀能夠滿足數(shù)字預(yù)失真的測(cè)試應(yīng)用，也就 是通常意義上要求的測(cè)試信號(hào)的帶寬是被測(cè)信號(hào)帶寬的3到5倍。對(duì)于MIMOS計(jì)的測(cè)試檢驗(yàn)也是另一挑戰(zhàn)。 MIM能性的優(yōu)劣取決于對(duì)802.11 設(shè)備的設(shè)計(jì)功能要求。多信道信號(hào)的產(chǎn)生和分析有助于更加深入地了解 MIMO&備 的內(nèi)在性能，并且可以幫助設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行故障查找和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等。對(duì)于MIMC收機(jī)的測(cè)試，Agilent 的SystemVue WLAN真庫(kù)和信號(hào)波形產(chǎn)生軟件（Signal Studio）都可以產(chǎn)生MIMO號(hào)。在硬件平臺(tái)上，可以同步多臺(tái)Agilent MXG或者ESG言號(hào)源仿真MIMOg射機(jī)輸出多通道的信號(hào)。信道衰落的作用也可以包含在波形文件里，進(jìn)行仿真并提供給接收天線。對(duì)于MIMCK射機(jī)的測(cè)試