一文了解802.11ax高效率無(wú)線(xiàn)標準

概覽

802.11ax，也稱(chēng)為高效無(wú)線(xiàn)(HEW)，的目標是在密集用戶(hù)環(huán)境中將用戶(hù)的平均吞吐量提高至少4倍，這一目標極具挑戰性。 這一新標準側重于實(shí)現機制，旨在在多用戶(hù)環(huán)境中為更多用戶(hù)提供一個(gè)一致、可靠的數據流(平均吞吐量)。 本文將探討新興的機制，使廣受歡迎的802.11ax標準成為高效無(wú)線(xiàn)的標題。

在密集用戶(hù)環(huán)境中提高用戶(hù)吞吐量

1. 引言

2015年，著(zhù)名的汽車(chē)制造商法拉利發(fā)布了新版本的入門(mén)級車(chē)型： the Ferrari California T. 這款時(shí)尚跑車(chē)配備3.9升渦輪增壓V8發(fā)動(dòng)機，能夠產(chǎn)生超過(guò)412千瓦(553馬力)的動(dòng)力，可在3.6秒鐘內從零加速至100公里/小時(shí)(0至62英里/小時(shí))，這簡(jiǎn)直是工程界的一大奇跡。 [1]

法拉利的設計師考慮了發(fā)動(dòng)機、車(chē)身和內飾的許多細節，使這款車(chē)輛成為日常車(chē)型，同時(shí)以驚人的速度提供最精確的處理、流體運動(dòng)和性能。這個(gè)偉大設計將大大縮短了每天上下班的時(shí)間。 然而，在大城市大部分時(shí)間停停走走的擁擠交通狀況下，紅色法拉利敞篷車(chē)又能如何發(fā)揮作用呢?

今天很多人發(fā)現自己處于這種情況。駕駛意大利跑車(chē)可能不是特權，但是卻能夠享受快速的無(wú)線(xiàn)連接鏈路。第一個(gè)802.11b Wi-Fi標準(1999年)的最高鏈路速率為11 Mbps。這是很好的開(kāi)始，但明顯慢于有線(xiàn)連接。幾年后，隨著(zhù)正交頻分復用(OFDM)技術(shù)的出現，802.11a/g標準(2003年)將速度提高到54Mbps。

接下來(lái)的鏈路速度提高歸功于802.11n(2009年)，為用戶(hù)提供高達150 Mbps的單流鏈路。802.11ac標準(2013年)提供了更寬的信道(160MHz)和更高階的調制(256-QAM)，使得單個(gè)空間流的鏈路速度達到866Mbps成為可能。如果使用規定的最高8個(gè)空間流，這一工程奇跡的最高速度理論上將達到6.97 Gbps。理論上，使用802.11ac相當于用一臺加強馬力的法拉利來(lái)替代自行車(chē)，甚至是替代家庭轎車(chē)。

然而，接近7Gbps的速度可能只能在RF實(shí)驗室的受控跑到環(huán)境中實(shí)現。實(shí)際上，當用戶(hù)使用忙碌的機場(chǎng)終端的公共Wi-Fi查看電子郵件時(shí)，數據流量通常會(huì )令人沮喪。IEEE 802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準——802.11ax——新修訂的版本正是為了改善這一狀況。

802.11ax，也稱(chēng)為高效無(wú)線(xiàn)(HEW)，的目標是在密集用戶(hù)環(huán)境中將用戶(hù)的平均吞吐量提高至少4倍，這一目標極具挑戰性。這一新標準提供了超過(guò)802.11ac的原始鏈路速度，實(shí)現了多種機制，可以在擁擠的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中為更多的用戶(hù)提供一致且可靠的數據吞吐量。

2. 主要特點(diǎn)和應用

高效無(wú)線(xiàn)包括以下主要功能：

向后兼容802.11a/b/g/n/ac

在高密度情景下，如火車(chē)站、機場(chǎng)和體育館，將用戶(hù)平均吞吐量提高4倍。

與802.11ac類(lèi)似的數據速率和信道寬度，但采用基于1024-QAM的新調制方案和編碼集(MCS 10和11)。

通過(guò)MU-MIMO和正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)指定下行鏈路和上行鏈路多用戶(hù)操作。

更大型的OFDM FFT(大4倍)、較窄的子載波間隔(近4倍)和更長(cháng)的符號時(shí)間(4倍)，以提高多徑衰落環(huán)境和室外的魯棒性和性能。

優(yōu)化了流量和信道訪(fǎng)問(wèn)

更好的電源管理，延長(cháng)電池使用壽命

高效無(wú)線(xiàn)還適用于以下目標應用：

移動(dòng)數據卸載： 到2020年，每月將產(chǎn)生38.1埃字節的Wi-Fi卸載流量，而且將持續超過(guò)預計的每月移動(dòng)/蜂窩流量(30.6埃字節)。 [2]這

相當于每分鐘通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò )傳輸6000多部藍光電影。

具有多個(gè)接入點(diǎn)的環(huán)境和具有異構設備的高集中用戶(hù)(機場(chǎng)Wi-Fi≠家庭Wi-Fi)

室內/戶(hù)外混合環(huán)境

圖 1. 802.11ax要部署的場(chǎng)景示例包括具有高用戶(hù)密度和混合環(huán)境的體育場(chǎng)

3. 當前密集環(huán)境下的Wi-Fi吞吐量挑戰

802.11協(xié)議使用載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)(CSMA)方法，其中無(wú)線(xiàn)站(STA) 首先感測信道，并且僅當它們感知信道空閑時(shí)才會(huì )發(fā)射信號，以避免沖突?？臻e是指無(wú)線(xiàn)站沒(méi)有檢測到任何802.11信號。當一個(gè)STA檢測到另一信道時(shí)，它會(huì )在隨機時(shí)間段內等待此STA停止傳輸，而后再次監聽(tīng)此信道是否將進(jìn)入空閑狀態(tài)。當STA能夠傳輸時(shí)，他們會(huì )傳輸整個(gè)數據包的數據。

Wi-Fi STA可以使用請求發(fā)送/清除發(fā)送(RTS/CTS)調解對共享媒體的訪(fǎng)問(wèn)。接入點(diǎn)(AP)每次僅為一個(gè)站點(diǎn)簽發(fā)一個(gè)CTS數據包，反過(guò)來(lái)，STA會(huì )將其整幀發(fā)送至該AP。 然后，STA等待來(lái)自AP的確認字符(ACK)，表示已正確接收該數據包。 如果STA沒(méi)能及時(shí)接收ACK，它將假設此ACK數據包與某個(gè)傳送中的數據包相撞，這時(shí)該STA將被移入二進(jìn)制指數退避階段。 它會(huì )嘗試訪(fǎng)問(wèn)媒體并在退避計數器失效時(shí)重新傳輸數據包。

圖 2. 空閑信道評估協(xié)議

在沖突域范圍內所有參與者公平共享信道方面，此空閑信道評估和防沖突協(xié)議發(fā)揮了良好的作用，但當參與者數量大幅增長(cháng)時(shí)，傳輸效率就會(huì )下降。 另一個(gè)導致網(wǎng)絡(luò )效率低下的因素是存在眾多帶有重疊服務(wù)區的AP。 圖3中左圖描繪了一個(gè)從屬于基本服務(wù)集(BSS，指一組與某AP相關(guān)聯(lián)的無(wú)線(xiàn)客戶(hù))的用戶(hù)(用戶(hù)1)。 用戶(hù)1將與另一個(gè)BSS集中的用戶(hù)爭奪媒體接入權，然后與其AP交換數據。 但是，此用戶(hù)仍能夠監聽(tīng)來(lái)自右側重疊BSS的通信量。

圖 3. 因重疊BSS造成的媒體訪(fǎng)問(wèn)效率低下

在這種情況下，來(lái)自OBSS的流量將觸發(fā)用戶(hù)1的避退程序。這類(lèi)情況會(huì )造成用戶(hù)必須等待更長(cháng)時(shí)間才能獲得傳輸機會(huì )，大大降低了它們的平均數據吞吐量。

第三個(gè)需要考慮的因素是更寬信道的共享。例如，北美地區的802.11ac運營(yíng)只有一條160MHz的可用信道，歐洲僅有兩條可用信道。

4. 5GHz頻段的802.11ax信道分配示例

因此，在信道數量減少的情況下，密集覆蓋的規劃變得非常困難。 如缺乏準確和審慎的功率管理，用戶(hù)將會(huì )遭遇同信道干擾，這會(huì )降低性能，抵消來(lái)自更寬信道的大部分預期增益。 這種情況更易出現在MCS 8、9、10和11的最高數據速率情況下，因為此速率更易受到信噪比的影響。 同時(shí)，一個(gè)用戶(hù)使用與80 MHz信道重疊的20 MHz信道傳輸，基本上都會(huì )導致80MHz信道無(wú)效。 在高度密集網(wǎng)絡(luò )中執行802.11ac的信道共享會(huì )損害用于20 MHz信道傳輸的80MHz信道增益。

4. 高效PHY機制

PHY變化

規范為本標準的物理層帶來(lái)了重大變化。 但該規范仍可向后兼容802.11a/b/g/n和/ac設備，因此802.11ax STA可以與傳統STA相互發(fā)送或接收數據。 802.11ax STA傳輸時(shí)，這些傳統客戶(hù)還能夠解調和解碼802.11 ax數據包(但并非整個(gè)802.11ax數據包)報頭和退避。 下表通過(guò)與現行802.11ac標準的執行相對比，突出強調了802.11ax標準此次修訂中最重要的變更。

下表通過(guò)與現行802.11ac標準的執行相對比，突出強調了802.11ax標準此次修訂中最重要的變更。

表1. 802.11ac與802.11ax比較

注意，802.11ax標準將在2.4GHz和5GHz帶寬下運行。 此標準明確定義了四倍大的FFT，乘以副載波的數量。 但是，802.11ax標準提供的一個(gè)重要變化是副載波間隔減少到此前802.11修訂版中副載波間隔的四分之一，同時(shí)保留了現有的信道帶寬(圖4)。

圖 5. 較窄的副載波間隔

OFDM(正交頻分多路復用)符號持續時(shí)間和循環(huán)前綴也增長(cháng)了四倍，原始鏈接數據率保持與802.11ac相同，但提高了在室內/戶(hù)外及混合環(huán)境下的效率和穩健性。 但此標準的確規定了室內環(huán)境下的1024-QAM和更低的循環(huán)前綴比率，這將提升最大數據速率。

波束形成

802.11ax將采用類(lèi)似于802.11ac的顯式波束成形過(guò)程。 在該過(guò)程下，波束形成器利用空數據包啟動(dòng)信道探測程序。 波束形成器會(huì )測量信道并使用包含壓縮反饋矩陣的波束形成反饋幀進(jìn)行響應。 波束形成器使用該信息來(lái)計算信道矩陣H， 然后使用該信道矩陣將RF能量聚焦到每個(gè)用戶(hù)。

多用戶(hù)操作： MU-MIMO和OFDMA

802.11ax標準有兩種工作模式：

單用戶(hù)： 在這種順序模式中，無(wú)線(xiàn)STA在安全訪(fǎng)問(wèn)媒介后一次發(fā)送和接收一個(gè)數據，如上所述。

多用戶(hù)： 此模式允許同時(shí)運行多個(gè)非AP STA。 該標準將此模式進(jìn)一步分為下行和上行多用戶(hù)模式。

下行多用戶(hù)是指接入點(diǎn)同時(shí)為多個(gè)相關(guān)無(wú)線(xiàn)STA提供的數據。 現有的802.11ac標準也包含了此功能。

上行多用戶(hù)模式是指數據從多個(gè)STA到AP的同步傳輸。 這是802.11ax標準的新增功能，以往任何版本的Wi-Fi標準皆不具備這項功能。

在多用戶(hù)操作模式下，該標準還規定了兩種能夠在一定區域內多路傳輸更多用戶(hù)的方式： 多用戶(hù)MIMO和正交頻分多址(OFDMA)。 在這兩種方法中，AP作為中央控制器控制多用戶(hù)操作的各個(gè)方面，這與LTE蜂窩基站控制多個(gè)用戶(hù)的多路復用相似。 802.11ax AP還可將MU-MIMO與OFDMA操作結合起來(lái)。

多用戶(hù)MIMO

802.11ax設備借鑒了802.11ac的部署經(jīng)驗，將使用波束成形技術(shù)同步將數據包發(fā)送至不同空間的用戶(hù)(圖5)。 換言之，AP會(huì )計算每個(gè)用戶(hù)的信道矩陣，并同時(shí)將波束導向不同的用戶(hù)——每路波束包含針對其目標用戶(hù)的特定數據包。 802.11ax一次可支持8個(gè)多用戶(hù)MIMO傳輸包的發(fā)送，而802.11ac一次可支持4個(gè)MIMO數據包。 而且，每次MU-MIMO傳輸都可能有自己的調制和解碼集(MCS)和不同數量的空間串流。 以此類(lèi)推，當使用MU-MIMO空間復用時(shí)，接入點(diǎn)會(huì )與以太網(wǎng)交換機進(jìn)行比較，將沖突域從大型計算機網(wǎng)絡(luò )縮小至單個(gè)端口。

作為MU-MIMO上行方向的新增功能，AP將通過(guò)一個(gè)觸發(fā)幀從每個(gè)STA發(fā)起上行同步傳輸。 當多個(gè)用戶(hù)及其數據包同時(shí)響應時(shí)，AP將信道矩陣應用于所接收的波束并將每個(gè)上行波束包含的信息分開(kāi)， 同時(shí)它還可能發(fā)起上行多用戶(hù)傳輸，從而接收來(lái)自所有參與STA的波束形成反饋信息(圖7)。

圖 6. AP使用MU-MIMO波束成形為坐落在不同空間位置的多個(gè)用戶(hù)服務(wù)

圖 7. 波束成形AP請求MU-MIMO操作的信道信息

多用戶(hù)OFDMA

802.11ax標準借鑒4G蜂窩技術(shù)的技術(shù)進(jìn)步，在相同信道帶寬中服務(wù)更多用戶(hù)的另一技術(shù)是： 正交頻分多址(OFDMA)。 基于802.11ac已經(jīng)使用的現有正交頻分多路復用(OFDM)數字調制方案，802.11ax標準進(jìn)一步將特定的子載波集分配給個(gè)體用戶(hù)， 即，它將現有的802.11信道(20、40、80和160MHz頻寬)分為帶有預定義數量的副載波的更小子信道。 802.11ax標準還借用現代LTE術(shù)語(yǔ)，將最小子信道稱(chēng)為資源單元(RU)，最少包含26個(gè)副載波。

AP依據多個(gè)用戶(hù)的通信需求決定如何分配信道，始終在下行方向分配所有可用的資源單元。 它可能一次將整個(gè)信道僅分配給一個(gè)用戶(hù)——與802.11ac當前功能相同——或者它可能對其進(jìn)行分區，以便同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)(圖8)。

圖 8. 使用信道的單個(gè)用戶(hù)與使用正交頻分多址的同信道中的多類(lèi)用戶(hù)

在密集用戶(hù)環(huán)境下，許多用戶(hù)通常無(wú)力爭奪信道的使用機會(huì )，現在正交頻分多址使用更小巧——但更具專(zhuān)用性的子信道同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)，因此提升了每個(gè)用戶(hù)的平均數據吞吐量。 802.11ax系統可能通過(guò)不同的資源單元規模實(shí)現信道的多路復用(圖9)。 注意，對于每20MHz帶寬，信道的最小部分可容納9個(gè)用戶(hù)。 [4]

圖 9. 使用多種資源單元規模細分Wi-Fi信道

下表顯示當802.11ax AP和各STA協(xié)調用于MU-OFDMA操作時(shí)當前能夠獲得頻率多路復用訪(fǎng)問(wèn)權的用戶(hù)數量。

表2. 不同信道帶寬的RU總數量

多用戶(hù)上行操作

為了協(xié)調上行MU-MIMO或上行OFDMA傳輸，AP需向所有用戶(hù)發(fā)送一個(gè)觸發(fā)幀。 此幀顯示了空間流的數量和/或每個(gè)用戶(hù)的OFDMA分配(頻率和資源單元的大小)。 它還包含功率控制信息，因此個(gè)人用戶(hù)能夠提高或降低他們的傳輸功率，以便均分AP從所有上行用戶(hù)接收的功率并提升來(lái)自較遠節點(diǎn)的各幀的接收。 AP還通知所有用戶(hù)傳輸開(kāi)始和結束的時(shí)間。 AP向所有用戶(hù)發(fā)送一個(gè)多用戶(hù)上行觸發(fā)幀(圖10)，用于指示整體開(kāi)始傳輸的確切時(shí)間以及各幀的確切持續時(shí)間，以確保各用戶(hù)同時(shí)完成傳輸。 AP接收到來(lái)自所有用戶(hù)的幀后，會(huì )向用戶(hù)返回一個(gè)塊確認以結束操作。

圖 10. 協(xié)調上行多用戶(hù)操作

802.11ax的主要目標之一是在密集用戶(hù)環(huán)境下將當前平均每位用戶(hù)的數據吞吐量提升三倍。 基于這一目標，該標準的制定者已明確指出802.11ax設備支持下行和上行MU-MIMO操作，MU-OPDMA操作，或更大數量并發(fā)用戶(hù)的MU-MIMO操作和MU-OPDMA操作。

5. 高效MAC機制

基于色碼的空間復用

為了改善密集部署場(chǎng)景中的系統層級性能以及頻譜資源的使用效率，802.11ax標準實(shí)現了空間重用技術(shù)。 STA可以識別來(lái)自重疊基本服務(wù)集(BSS)的信號，并根據這項信息來(lái)做出媒體競爭和干擾管理決策。

當正在主動(dòng)收聽(tīng)媒體的STA偵測到802.11ax訊框時(shí)，它就會(huì )檢查BSS色彩位(Color Bit)或MAC表頭文件中的MAC地址。 如果所偵測的協(xié)議數據單元(PPDU)中的BSS色彩與所關(guān)聯(lián)AP已公布的色彩相同，STA就會(huì )將該幀視為Intra-BSS幀。

然而，如果所偵測幀的BSS色彩不同，STA就會(huì )將該幀視為來(lái)自重疊BSS的Inter-BSS幀。 在這之后，只有在需要STA驗證幀是否是Inter-BSS幀期間，STA才將媒體當成忙碌中(BUSY)。不過(guò)，這段期間不會(huì )超過(guò)指定的幀負載時(shí)間長(cháng)度。

盡管標準仍需定義某些機制來(lái)忽略來(lái)自重疊BSS的流量，在實(shí)現上，則可包含提高Inter-BSS幀的空閑信道評估信號檢測(SD)閾值，并同時(shí)為Intra-BSS流量維持較低的閾值(圖11)。 這樣一來(lái)，來(lái)自相鄰BSS的通信量就不會(huì )產(chǎn)生不必要的信道訪(fǎng)問(wèn)權競爭。

圖 11. 使用色碼進(jìn)行空閑通道評估

當802.11ax STA使用基于顏色代碼的CCA規則時(shí)，也可以調整OBSS信號檢測閾值以及發(fā)射功率控制。 這種調整提高了系統級性能和頻譜資源的使用。 此外，802.11ax STA可以調整CCA參數，例如能量檢測級別和信號檢測級別。

除了使用CCA來(lái)幫助當前幀確定媒體的忙閑狀態(tài)之外，802.11標準采用網(wǎng)絡(luò )分配向量(NAV)來(lái)為STA指示媒體傳輸當前幀所需的時(shí)間,以及嘗試下一次傳輸之前需等待的時(shí)間，NAV是一種預測未來(lái)流量的定時(shí)器機制。 NAV充當虛擬載波偵聽(tīng)，確保為對于802.11協(xié)議操作(例如控制幀、RTS/CTS交換之后的數據和ACK)至關(guān)重要的幀保留媒體。

圖 12. MU PPDU交換和NAV設定范例

負責開(kāi)發(fā)高效率無(wú)線(xiàn)標準的802.11工作團隊可能會(huì )在802.11ax標準中包含不止一個(gè)NAV字段,很可能采用兩個(gè)不同的NAV。 同時(shí)擁有Intra-BSS NAV和Inter-BSS NAV不僅可協(xié)助STA預測自身BSS內的流量，還能讓它們在得知重疊流量狀態(tài)時(shí)自由傳輸。

通過(guò)目標喚醒時(shí)間省電

802.11ax AP可以和參與其中的STA協(xié)調目標喚醒時(shí)間(TWT)功能的使用，以定義讓個(gè)別基站訪(fǎng)問(wèn)媒體的特定時(shí)間或一組時(shí)間。 STA和AP會(huì )交換信息，包括預計的活動(dòng)持續時(shí)間。 如此一來(lái)，AP就可控制需要訪(fǎng)問(wèn)媒體的STA之間的競爭和重疊情況。 802.11ax STA可以使用TWT來(lái)降低能量損耗，在自身的TWT來(lái)臨之前進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 另外，AP還可另外設定時(shí)間計劃并將TWT值提供給STA，這樣一來(lái)，雙方之間就不需要存在獨立的TWT協(xié)議。 標準將此過(guò)程稱(chēng)為廣播目標喚醒時(shí)間操作(見(jiàn)圖13)。

圖 13. 廣播目標喚醒時(shí)間操作示例

6. 802.11ax測試挑戰

更嚴格的EVM要求

802.11ax標準現在要求1024-QAM支持。 另外，子載波彼此之間的間隔只有78.125KHz。 這意味著(zhù)802.11ax設備需要具有更低相位噪聲的振蕩器，且RF前端具有更好的線(xiàn)性度。 測量DUT行為的測試儀器反過(guò)來(lái)要求其EVM本底噪聲明顯低于DUT。

下表列出了符合802.11ax標準的設備可能必須滿(mǎn)足的EVM級別。

表3. 802.11ax EVM要求

NI WLAN測試系統將RF矢量信號收發(fā)器(VST)與NI WLAN測量套件相結合，以支持802.11ax信號的生成和分析。 該軟件支持從BPSK (MCS0)到1024-QAM (MCS10和MCS11)的波形。 此外，NI VST硬件始終為RF特性分析和生產(chǎn)測試需求提供出色的EVM本底噪聲測量。

絕對和相對頻率誤差

OFDMA系統對頻率和時(shí)鐘偏移具有非常高的靈敏性。 因此，802.11ax多用戶(hù)OFDMA性能需要非常嚴格的頻率同步和時(shí)鐘偏移校正。 這確保所有STA在其分配的子信道內精確地操作，最大程度減少頻譜泄漏。 另外，嚴格的時(shí)序要求保證了所有STA在響應AP的MU觸發(fā)幀時(shí)同時(shí)發(fā)送。

對于4G LTE系統，基站的一大優(yōu)勢是采用GPS馴服時(shí)鐘來(lái)實(shí)現所有相關(guān)設備的同步。 然而，802.11ax AP可能不會(huì )這樣奢侈，它們必須使用其內置振蕩器作為參考時(shí)鐘來(lái)保持系統同步。 然后，STA從AP獲取的觸發(fā)幀中提取偏移信息來(lái)調整其內部時(shí)鐘和頻率參考。

802.11ax設備的頻率和時(shí)鐘偏移測試將涉及以下測試：

絕對頻率誤差： DUT發(fā)送802.11ax幀，測試儀器根據標準參考值測量頻率和時(shí)鐘偏移。 這將與當前802.11ac規范的規定類(lèi)似，限制值約為±20ppm。

圖 14. 簡(jiǎn)單的絕對頻率誤差測量裝置

相對頻率誤差： 用于測試參與上行鏈路多用戶(hù)傳輸的非AP STA將其頻率調整為與AP的頻率一致的能力。 測試過(guò)程分為兩個(gè)步驟。 首先，測試儀器向DUT發(fā)送觸發(fā)幀。 DUT根據從觸發(fā)幀導出的頻率和時(shí)鐘信息調整自身的頻率和時(shí)鐘。 然后DUT通過(guò)頻率校正幀進(jìn)行響應。 測試儀器測量的是這些幀的頻率誤差。 經(jīng)過(guò)載波頻率偏移和定時(shí)補償之后，這些誤差的上下限嚴格保持在大約350 Hz和±0.4μs附近(相對于A(yíng)P的觸發(fā)幀)。

圖 15. 相對頻率誤差測量裝置

STA電源控制

與降低頻率和時(shí)鐘誤差要求類(lèi)似，對于所有用戶(hù)，AP在上行鏈路多用戶(hù)傳輸期間接收的功率不應有很大的差異。 這要求AP控制每個(gè)STA的發(fā)射功率。 AP可以使用包含每個(gè)STA的發(fā)射功率信息的觸發(fā)幀來(lái)進(jìn)行控制。 開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)兩個(gè)步驟測試此功能，方法與頻率誤差測試類(lèi)似。

接入點(diǎn)接收機靈敏度

由于A(yíng)P用作為時(shí)鐘和頻率參考，測試802.11ax AP的接收機靈敏度會(huì )存在額外的挑戰。因此，在向AP發(fā)送數據包已進(jìn)行數據包誤碼率靈敏性測試之前，測試儀器必須鎖定到AP。

當AP發(fā)送觸發(fā)幀開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，測試儀器會(huì )調整其頻率和時(shí)鐘以匹配AP，然后按照預期的配置，發(fā)送預定數量的數據包來(lái)響應AP DUT。

挑戰來(lái)自于802.11ax的嚴格相對頻率誤差上下限。 測試儀器必須從AP發(fā)送的觸發(fā)幀中得到非常精確的頻率和時(shí)鐘信息。 這可能需要對多個(gè)觸發(fā)幀執行此計算，以確保正確的頻率和時(shí)鐘同步。 因此，該過(guò)程可能會(huì )給測試程序帶來(lái)顯著(zhù)的延遲。

加速測試程序的一個(gè)解決方法是讓AP導出其參考時(shí)鐘，以便測試設備可以將其時(shí)鐘鎖定到參考時(shí)鐘。 這避免了基于觸發(fā)幀的初始同步過(guò)程，從而縮短AP接收機靈敏度測試時(shí)間。

上行帶內輻射

當STA在MU-OFDMA模式下工作時(shí)，根據AP定義的RU分配向AP發(fā)送數據包。 也就是說(shuō)，STA只使用了通道的一部分。 802.11ax標準可能會(huì )對上行鏈路帶內輻射測試進(jìn)行規定，以分析和測量發(fā)射機僅使用部分頻率分配時(shí)產(chǎn)生的輻射。

圖 16. 上行帶內輻射測試的部分掩模

多用戶(hù)和更高階的MIMO

使用MIMO測試具有多達8個(gè)天線(xiàn)的802.11ax設備所得到的結果可能會(huì )與按順序分別地測試每個(gè)信號鏈的結果截然不同。 例如，每個(gè)天線(xiàn)的信號可能相互破壞性地干擾并影響功率和EVM性能，而且可能吞吐量產(chǎn)生顯著(zhù)的不良影響。

測試儀器必須能夠支持每個(gè)信號鏈中本地振蕩器的亞納秒同步，以確保多個(gè)通道的正確相位對齊和MIMO性能。 NI測試解決方案基于NI VST，使用獲得專(zhuān)利的硬件和軟件技術(shù)，實(shí)現了具有高達8、16個(gè)甚至64個(gè)同步通道的靈活大規模MIMO配置。

7. 結論

802.11ax有望在密集環(huán)境中將用戶(hù)平均數據吞吐量提高4倍。這種效率最大的推動(dòng)因素之一是多用戶(hù)技術(shù)，包括MU-MIMO和MU-OFDMA。在擁擠的環(huán)境中頻譜利用率的改進(jìn)可能會(huì )使802.11ax以比以往任何標準都更快地被市場(chǎng)接受。然而，實(shí)現這一功能將給負責讓這些工程奇跡變成現實(shí)的科學(xué)家、工程師和技術(shù)人員帶來(lái)全新的挑戰。

NI的靈活和模塊化平臺提供了具有干凈振蕩器低本底EVM的高性能硬件，采用1024-QAM測量技術(shù)，副載波間隔減小了僅4倍。 WLAN測量套件可以適應最新的802.11ax標準，以幫助您設計、表征、驗證和測試802.11ax設備，并為多用戶(hù)革命做好準備。

8. 關(guān)于NI和802.11ax標準

NI是基于平臺的系統的提供商，致力于幫助工程師和科學(xué)家解決世界上最嚴峻的工程挑戰。 NI與標準制定機構和領(lǐng)先的半導體公司合作開(kāi)發(fā)相關(guān)的系統和工具，以設計、表征、驗證和測試最新的無(wú)線(xiàn)通信標準，包括IEEE 802.11ax (draft 0.1)高效無(wú)線(xiàn)草案標準。

圖 17. 基于WLAN測量套件和VST的NI 802.11測試系統

NI WLAN測量套件和PXI RF VST相結合，為802.11ax設備提供強大的模塊化測試解決方案。 WLAN測量套件為研究人員、工程師和技術(shù)專(zhuān)家提供了所需的功能和靈活性來(lái)生成和分析802.11a/b/g/n/j/p/ac/ah/af等各種802.11波形。 隨著(zhù)該測量套件專(zhuān)門(mén)針對802.11ax進(jìn)行了更新，這些用戶(hù)將可大幅加快其802.11ax設備的研發(fā)工作。 軟件支持802.11ax的主要特性，包括更窄的子載波間隔、1024-QAM和多用戶(hù)正交頻分多址接入(OFDMA)。 升級版的測量套件還包含了LabVIEW系統設計軟件范例代碼，以幫助工程師更快速、更輕松地實(shí)現WLAN測量自動(dòng)化。