應對5G WiFi新一代無(wú)線(xiàn)測試的挑戰
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被業(yè)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(huì )被業(yè)界如此看好，讓我們先來(lái)了解一下WiFi和WLAN的歷史。
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）推行之初被普遍認可的兩個(gè)國際標準是IEEE802.11a和802.11b。最初設計這些標準的目的是為滿(mǎn)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，在一些機場(chǎng)、酒店、咖啡屋和購物廣場(chǎng)也開(kāi)始允許通過(guò)無(wú)線(xiàn)接入（商業(yè)命名為Wi-Fi），隨時(shí)隨地上網(wǎng)、查詢(xún)電子郵件等，擴展了無(wú)線(xiàn)寬帶的功能。雖然無(wú)線(xiàn)寬帶連接的數據速度曾經(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)頻段都是免費的，即不需要授權的。為了盡量減少來(lái)自其它同頻設備的干擾，這兩個(gè)標準都采用了擴頻傳輸技術(shù)和比較復雜的編碼技術(shù)。2003年， IEEE（美國電氣及電子工程師學(xué)會(huì )）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(shí)，一種新的應用模式即在家庭和小型辦公室里可連接多個(gè)設備并在設備間進(jìn)行數據共享，對無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的數據傳輸速率提出更高要求，從而使得一個(gè)新的研究項目應運而生，這就是于2009公布的802.11n的由來(lái)。為了使單信道的數據速率最高可以超過(guò)100 Mbps，在802.11n標準中引入的MIMO （即多輸入-多輸出，或空間數據流）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(xiàn)，對不同數據進(jìn)行不同的調制/解調，來(lái)達到傳輸較高的數據容量的目的。
在表1中例舉出了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(lái)支持“無(wú)線(xiàn)辦公”的要求。
表1，新型WLAN應用模式
種類(lèi) | 使用模式 |
無(wú)線(xiàn)顯示 | ·臺式機的存儲和顯示 ·會(huì )議室或禮堂電視或投影儀連接 ·室內游戲 ·攝像機到顯示器的媒體播放 ·專(zhuān)業(yè)高清電視播放顯示 |
分布式高清電視 | ·家庭內視頻傳播 ·大型運輸設備內部應用（如飛機，輪船等） ·辦公室內無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ) ·遠程醫療 |
快速上傳和下載 | ·快速文件傳輸/同步 ·圖像瀏覽 ·飛機?？繒r(shí)相關(guān)數據的傳輸（如旅客名單，油量，餐食等等） ·向移動(dòng)設備下載電影 ·警用監控數據傳輸 |
回程(Backhaul) | ·多媒體網(wǎng)絡(luò )回程傳輸 ·點(diǎn)對點(diǎn)的回程傳輸 |
室外廣場(chǎng)或室內禮堂 | ·室外的視頻演示/室內禮堂的遠程視頻（遠地視頻）傳輸 ·公共安全網(wǎng)絡(luò ) |
制造平臺 | ·自動(dòng)化測試 |
為了滿(mǎn)足以上這些需要，IEEE內部設立了兩個(gè)項目工作組，以“極高吞吐量（Very High Throughput）”為目標進(jìn)行立項研究。其中一個(gè)工作組 （Working Group） TGac是以802.11n標準為基礎并進(jìn)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(gè)工作組 TGad與無(wú)線(xiàn)千兆比特聯(lián)盟（Wireless Gigabit Alliance）聯(lián)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(shí)現高達7 Gbps 的傳輸速率。（60GHz頻率的載波穿透能力差，信號衰減嚴重，傳輸距離與覆蓋范圍都受到限制）。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(wèn)題。802.11系列標準的目標之一就是后向兼容，對于802.11ac和ad來(lái)說(shuō)主要考慮媒介控制層（MAC）或數據鏈路層與之前的標準的兼容性，而不同的只能是物理層上的特性。 （如圖1）。 對于WLAN的設備可以支持三種無(wú)線(xiàn)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(shí)還能支持在這三種制式之間的轉換。這兩個(gè)新的標準目前都有技術(shù)草案。802.11ad的標準計劃于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。不管怎樣，預計依照這些草案標準而設計的產(chǎn)品都會(huì )先于最終標準在市場(chǎng)上出現。
由于這兩個(gè)標準分別基于5GHz 和60 GHz，將會(huì )體現在物理層的屬性完全不同，所以，本片文章主要是針對802.11ac進(jìn)行介紹。
802.11ac與802.11n的技術(shù)區別
802.11ac的物理層是對802.11n標準的延續，而且要滿(mǎn)足后向兼容。下面我們來(lái)著(zhù)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)空間流可以達到最高600 Mbps的數據速率，盡管目前很多無(wú)線(xiàn)設備只能支持2路空間流。對于802.11ac來(lái)說(shuō)，理論上使用160 MHz帶寬，8個(gè)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。
表2，IEEE802.11n 主要特性
特征 | 必選項 | 可選項 |
傳輸方式 | OFDM | |
信道帶寬 | 20MHz | 40MHz |
FFT大小 | 64 | 128 |
數據子載波/導頻個(gè)數 | 52/4 | 108/6 |
子載波間隔 | 312.5kHz | |
OFDM符號持續時(shí)間 | 4us（800ns保護間隔） | 3.6us(短保護間隔) |
調制方式 | BPSK，QPSK,16QAM，64QAM | |
前向糾錯編碼 | 二進(jìn)制卷積編碼（BCC） | 低密度奇偶校驗編碼（LDPC） |
編碼速率 | 1/2,2/3,3/4,5/6 | |
MCS支持 | 0到7，0到15用于接入點(diǎn) | 8到76，16到76用于接入點(diǎn) |
空間流和 MIMO | 1,2用于接入點(diǎn) 直接映射 | 3或4， 發(fā)射波束賦形，時(shí)空塊編碼 |
運行模式/PPDU格式 | HT/non-HT(802.11a/b/g)/ MixedHT-mixed(802.11a/b/g/n) | Greenfield/HT-Greenfield(僅802.11n) |
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