應對IEEE 802.11ac生產(chǎn)測試挑戰

802.11是電氣和電子工程師協(xié)會(huì )(IEEE)制定的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)系列標準，主要用于2.4和5GHz免牌照頻段本地無(wú)線(xiàn)通信。802.11系列標準得到國際廣泛認可，并在WiFi聯(lián)盟支持下日益普及。該協(xié)會(huì )是促進(jìn)WLAN技術(shù)和802.11標準產(chǎn)品認證的行業(yè)組織。

802.11標準包括物理層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)協(xié)議。自首次發(fā)布以來(lái)，物理層做了大量重要補充和修訂，而大部分MAC基本功能保持不變。802.11標準經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，滿(mǎn)足各種WLAN要求，Hiert and co.在[1]中做了詳細總結。WLAN設備往往基于采用的物理層版本說(shuō)明其功能。常見(jiàn)版本包括802.11b、802.11a、802.11g，以及最近發(fā)布的802.11n。802.11最新版本是IEEE 802.11-2009，其中包括802.11n[3]。

由于回程(如xDSL、光纖)傳輸速度提高，以及高清(HD)內容流和即時(shí)文件傳輸等需要高數據速率應用的出現，IEEE發(fā)布了兩個(gè)新方案(802.11ac和802.11ad)提高最大數據速率，顯著(zhù)高于802.11n。表1概括了802.11物理層標準。本案重點(diǎn)介紹802.11ac。

表1：IEEE 802.11物理層標準對比。

802.11ac也稱(chēng)為甚高吞吐量(VHT)，它是802.11n的繼任標準，后者稱(chēng)為高吞吐量(HT)。與WLAN的演進(jìn)過(guò)程一樣，802.11ac全面向后兼容以前的標準。802.11ac任務(wù)組TGac于2008年成立，開(kāi)始開(kāi)發(fā)802.11ac，修訂IEEE 802.11-2009。這個(gè)標準預計2012年年底完成，2013年802.11工作組結束審批[7]。

本文介紹最新制定的802.11ac，分析此類(lèi)設備的生產(chǎn)測試要求。內容分為以下幾部分：802.11ac使用模式、性能目標、物理層簡(jiǎn)介和生產(chǎn)環(huán)境下面臨的測試挑戰。

802.11ac使用模式

如表2所示，IEEE確定了大量需要千兆吞吐量的應用，并隨之定義了六種使用模式(參見(jiàn)[5])。這是802.11ac制定的基礎。使用模式中以數字家庭為重點(diǎn)。事實(shí)上，由于802.11ac支持高數據速率，家庭環(huán)境中可以并行運行多種高帶寬應用(如高清視頻流、即時(shí)文件傳輸、零延遲互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等，如圖1所示)。

表2：802.11ac使用模式。

圖1：數字家庭環(huán)境下的802.11ac應用。

由于可以更加快速地傳輸數據，802.11ac還具有能效方面的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。802.11ac芯片能效優(yōu)于基于前代標準的芯片。這是智能手機等電池供電設備的重要要求。用戶(hù)可以極大地降低WLAN功耗，從而支持新的應用功能和使用環(huán)境，如蜂窩IP數據卸載。

802.11ac性能目標

為支持新應用和未來(lái)試驗設備，Tgac定義了802.11ac的三種主要性能和功能要求[6]：

1.系統性能：802.11ac可以實(shí)現最大單站吞吐量和多站總計吞吐量，分別達到500Mbps和1Gbps以上。這是MAC數據服務(wù)接入點(diǎn)的測量結果，5GHz頻段通道帶寬不大于80MHz。由于數據速率要求針對MAC而不是物理層，因此必須考慮MAC效率，不能僅僅提高物理層數據速率。

2.向后兼容：802.11ac修訂標準向后兼容工作在5GHz頻段的802.11a和802.11n設備。

3.共存：802.11ac修訂標準具有802.11ac與802.11a/n設備之間的共存機制。

有必要指出，802.11ac僅需向后兼容并與802.11a和802.11n共存。這是因為802.11ac設備實(shí)際上僅在5GHz頻段工作。

802.11ac技術(shù)細節

為了保證向后兼容和共存，802.11ac在可能的情況下重用802.11n技術(shù)規格。例如，802.11ac采用與11n一樣的物理層OFDM調制(正交頻分多路復用)，并保持相同的編碼和交錯式架構。不過(guò)，為了滿(mǎn)足性能目標，做了一些必要的修改并提供新的11ac特性。表3所示為與802.11n相比，802.11ac引入的大量新特性(粗體突出顯示)。

表3：802.11ac的主要功能。

802.11ac設備物理層規定參數為80MHz帶寬、64QAM 5/6和1個(gè)空分碼流。采用這種配置，數據速率達到293Mbps。不過(guò)，采用所有選用參數的設備(160MHz、256QAM 5/6和8個(gè)空分碼流)，數據速率可以達到6.93Gbps。

單PPDU幀格式按物理層會(huì )聚協(xié)議定義，如圖2所示。為保證向后兼容，專(zhuān)門(mén)定義了802.11a和n設備可以接收的非VHT字段。前導碼中前4個(gè)字段用于非VHT站接收。前三個(gè)字段與802.11n的字段相同，第四個(gè)字段用于確定802.11n還是802.11ac。前導碼中剩余字段僅用于VHT設備。VHT-STF用來(lái)改善MIMO傳輸中的自動(dòng)增益控制。VHT-LTF是長(cháng)訓練系列，為接收機提供MIMO信道預估。VHT-SIG-B提供單用戶(hù)或多用戶(hù)模式數據長(cháng)度、調制和編碼方案(MCS)信息。

圖2：VHT PPDU格式。

生產(chǎn)測試面臨的挑戰

WLAN生產(chǎn)測試系統廣泛安裝在全球WLAN設備制造廠(chǎng)中。硬件平臺長(cháng)期以來(lái)沒(méi)有大的變化，往往通過(guò)軟件升級滿(mǎn)足隨著(zhù)WLAN標準演進(jìn)出現的新的測試要求。不過(guò)，802.11ac的新功能對測試系統提出了更高的要求，許多現有硬件平臺需要升級。

802.11ac帶來(lái)了大量變化，其中三個(gè)方面是生產(chǎn)測試設備面臨的最為嚴峻的挑戰：寬帶寬、多個(gè)空分碼流和高密度調制。此外，測試速度也是生產(chǎn)的重要要求。

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