802.11ac對設計和測量的問題分析

摘 要 要讓VHT WLAN產品在主流市場上取得成功，綜合的考慮設計和測量能力是非常重要的。

關鍵詞 WIFI 802.11AC WLAN

被業界認為是第五代WiFi的802.11ac正在呼之欲出，它與之前的WiFi標準制式有哪些方面的不同，為什么會被業界如此看好，讓我們先來了解一下WiFi和WLAN的歷史。

無線局域網（WLAN）推行之初被普遍認可的兩個國際標準是IEEE802.11a和802.11b。最初設計這些標準的目的是為滿足便攜式電腦在家和辦公室環境中可隨意移動的要求。隨后，在一些機場、酒店、咖啡屋和購物廣場也開始允許通過無線接入（商業命名為Wi-Fi），隨時隨地上網、查詢電子郵件等，擴展了無線寬帶的功能。雖然無線寬帶連接的數據速度曾經很有限，例如，802.11a在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，但這兩個頻段都是免費的，即不需要授權的。為了盡量減少來自其它同頻設備的干擾，這兩個標準都采用了擴頻傳輸技術和比較復雜的編碼技術。2003年， IEEE（美國電氣及電子工程師學會）頒布了802.11g，依舊工作在2.4 GHz頻段，但是數據速率可以達到54 Mbps。與此同時，一種新的應用模式即在家庭和小型辦公室里可連接多個設備并在設備間進行數據共享，對無線局域網的數據傳輸速率提出更高要求，從而使得一個新的研究項目應運而生，這就是于2009公布的802.11n的由來。為了使單信道的數據速率最高可以超過100 Mbps。

當前一些比較超前的應用模式，這些模式需要更高的數據傳輸量來支持“無線辦公”的要求，如無線顯示、高清電視、高速網盤等。

為了滿足以上這些需要，IEEE內部設立了兩個項目工作組，以“極高吞吐量”為目標進行立項研究。其中一個工作組TGac是以802.11n標準為基礎并進行擴展，制定出802.11ac，即在5GHz的頻段上，數據吞吐量目標為：在單通道鏈路上的最低速率為500 Mb/s，最高可達到1Gbps。另一個工作組 TGad與無線千兆比特聯盟聯合提出802.11ad的標準，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實現高達7 Gbps 的傳輸速率。另外還有與現有設備的兼容性，在相同頻段上與現有標準的后向兼容都是標準組織“必須”考慮的問題。802.11系列標準的目標之一就是后向兼容。 對于WLAN的設備可以支持三種無線制式：一般用途的使用在2.4GHz頻段，但會受到同頻干擾的問題；更穩定和較高速率的應用在5 GHz頻段，使用60GHz頻段用于室內的超高速率的應用，同時還能支持在這三種制式之間的轉換。這兩個新的標準目前都有技術草案。802.11ad的標準計劃于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。由于這兩個標準分別基于5GHz和60 GHz，將會體現在物理層的屬性完全不同，所以，本文主要是針對802.11ac進行介紹。

一、802.11ac與802.11n的技術區別

802.11ac的物理層是對802.11n標準的延續，而且要滿足后向兼容。下面我們來著重探討一下在802.11ac上的變化。表2列出802.11n的物理層的主要特點，理論上說802.11n在使用了40MHz帶寬和4個空間流可以達到最高600 Mbps的數據速率，盡管目前很多無線設備只能支持2路空間流。對于802.11ac來說，理論上使用160 MHz帶寬，8個空間流，MCS9編碼，256QAM調制，最高速率能達到6.93 Gbps。而真正可以使用的數據速率大概是1.56 Gbps。

802.11ac對于20和40 MHz帶寬的定義與802.11n是一致，對于802.11ac標準中新的內容，不管是80MHz，160MHz還是80+80 MHz，與80 MHz有著同樣的定義方法，只不過后兩者考慮是的是2個80 MHz信道的載波分配。

從幀結構上看，802.11ac的系統能夠探測接入設備的幀結構里所包含的前導碼（preample）和導頻信號（pilot），來區分接入設備使用的是何種標準，并自適應，這就是后向兼容。

二、802.11ac的測試需要

表4中列舉了802.11ac標準規范中對發射機和接收機的測試要求，這些要求跟802.11n很類似，并增加了一些針對802.11ac的新的測試項目和規范。這些規范目前還在不斷地完善過程中，要考慮通過產品設計的功能測試和性能測試，以保證產品的性能和互通性等。

三、802.11ac對設計和測量的挑戰

802.11ac的一些新的特性使得測試這些產品出現新的挑戰，256QAM技術要求在接收和發射電路中有良好的矢量誤差（EVM），在星座圖測量中要求也更為復雜、精確。矢量信號分析設備，安捷倫89600 VSA軟件提供了詳細分析802.11 ac信號矢量信號的分析，以便洞察其信號出錯情況，做出更好的調整和更改，同時還支持4x4的MIMO測量。

另一個測量挑戰出現在測量數字預失真（DPD），為了改善失真，需要產生和測量占用帶寬高出3～5倍帶寬范圍內的功率放大器的線性特征。安捷倫SystemVue W1716 DPD Builder軟件能夠提供一個自動數字線性失真設計測試應用。該軟件產生一個激勵波形，下載到信號源，信號源產生的信號通過功率放大器后使用信號分析儀接受放大后的信號，并將信號解調出來，傳輸給測試電腦，軟件通過對比激勵波形和接收到的波形判斷失真情況，從而達到測量和分析功能。

四、結束語

隨著無線技術的發展，和人們對使用無線設備的體驗的持續要求，對無線本地網的連接，也提出同樣的要求：更快的速度和更寬的帶寬。滿足這些商業需求的同時，也增加對產品和保證規范各類產品性能及互聯互通的國際標準的復雜性，對測試測量也提出了更高的挑戰。要讓VHT WLAN產品在主流市場上取得成功，綜合的考慮設計和測量能力是非常重要的。

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（作者單位：山東信息職業技術學院）