■文/劉凱 張小瑩

802.11ac對設(shè)計(jì)和測量的問題分析

■文/劉凱 張小瑩

要讓VHTWLAN產(chǎn)品在主流市場上取得成功，綜合的考慮設(shè)計(jì)和測量能力是非常重要的。

WIFI 802.11AC WLAN

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，為什么會被業(yè)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(wǎng)（WLAN）推行之初被普遍認(rèn)可的兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11a和802.11b。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)境中可隨意移動的要求。隨后，在一些機(jī)場、酒店、咖啡屋和購物廣場也開始允許通過無線接入（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)展了無線寬帶的功能。雖然無線寬帶連接的數(shù)據(jù)速度曾經(jīng)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(gè)頻段都是免費(fèi)的，即不需要授權(quán)的。為了盡量減少來自其它同頻設(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)。2003年，IEEE（美國電氣及電子工程師學(xué)會）頒布了802.11g，依舊工作在2.4GHz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，對無線局域網(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。為了使單信道的數(shù)據(jù)速率最高可以超過100 Mbps。

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)傳輸量來支持“無線辦公”的要求，如無線顯示、高清電視、高速網(wǎng)盤等。

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”為目標(biāo)進(jìn)行立項(xiàng)研究。其中一個(gè)工作組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：在單通道鏈路上的最低速率為500 Mb/s，最高可達(dá)到1Gbps。另一個(gè)工作組TGad與無線千兆比特聯(lián)盟聯(lián)合提出802.11ad的標(biāo)準(zhǔn)，即在60GHz的頻段上使用大約2GHz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)7 Gbps的傳輸速率。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”考慮的問題。802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)之一就是后向兼容。對于WLAN的設(shè)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(wěn)定和較高速率的應(yīng)用在5 GHz頻段，使用60GHz頻段用于室內(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。由于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別基于5GHz和60GHz，將會體現(xiàn)在物理層的屬性完全不同，所以，本文主要是針對802.11ac進(jìn)行介紹。

一、802.11ac與802.11n的技術(shù)區(qū)別

802.11ac的物理層是對802.11n標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)，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(diǎn)，理論上說802.11n在使用了40MHz帶寬和4個(gè)空間流可以達(dá)到最高600Mbps的數(shù)據(jù)速率，盡管目前很多無線設(shè)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(gè)空間流，MCS9編碼，256QAM調(diào)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。

802.11ac對于20和40MHz帶寬的定義與802.11n是一致，對于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中新的內(nèi)容，不管是80MHz，160MHz還是80+80MHz，與80MHz有著同樣的定義方法，只不過后兩者考慮是的是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)能夠探測接入設(shè)備的幀結(jié)構(gòu)里所包含的前導(dǎo)碼(preample)和導(dǎo)頻信號（pilot），來區(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。

二、802.11ac的測試需要

表4中列舉了802.11ac標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(xiàng)目和規(guī)范。這些規(guī)范目前還在不斷地完善過程中，要考慮通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能測試和性能測試，以保證產(chǎn)品的性能和互通性等。

三、802.11ac對設(shè)計(jì)和測量的挑戰(zhàn)

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

另一個(gè)測量挑戰(zhàn)出現(xiàn)在測量數(shù)字預(yù)失真（DPD），為了改善失真，需要產(chǎn)生和測量占用帶寬高出3～5倍帶寬范圍內(nèi)的功率放大器的線性特征。安捷倫SystemVueW1716DPDBuilder軟件能夠提供一個(gè)自動數(shù)字線性失真設(shè)計(jì)測試應(yīng)用。該軟件產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)波形，下載到信號源，信號源產(chǎn)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(diào)出來，傳輸給測試電腦，軟件通過對比激勵(lì)波形和接收到的波形判斷失真情況，從而達(dá)到測量和分析功能。

四、結(jié)束語

隨著無線技術(shù)的發(fā)展，和人們對使用無線設(shè)備的體驗(yàn)的持續(xù)要求，對無線本地網(wǎng)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(yè)需求的同時(shí)，也增加對產(chǎn)品和保證規(guī)范各類產(chǎn)品性能及互聯(lián)互通的國際標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性，對測試測量也提出了更高的挑戰(zhàn)。要讓VHT WLAN產(chǎn)品在主流市場上取得成功，綜合的考慮設(shè)計(jì)和測量能力是非常重要的。

[1]郭政.5GWiFi標(biāo)準(zhǔn)——802.11ac解析及應(yīng)用展望[J].科技傳播，2012(15): 187-188.

[2]馬滿倉,鄭建勇,郭靜,盧繼華.WLAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11ac/ad及其關(guān)鍵技術(shù)[J].電信技術(shù),2012（04）:75-77.

[3]王文斌.幾種IEEE802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議的比較[J].信息技術(shù)，2007(06): 12-127.

（作者單位：山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）