應(yīng)對(duì)IEEE 802.11ac生產(chǎn)測試挑戰(zhàn)

802.11是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)制定的無線局域網(wǎng)(WLAN)系列標(biāo)準(zhǔn)，主要用于2.4和5GHz免牌照頻段本地?zé)o線通信。802.11系列標(biāo)準(zhǔn)得到國際廣泛認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品認(rèn)證的行業(yè)組織。

802.11標(biāo)準(zhǔn)包括物理層和介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議。自首次發(fā)布以來，物理層做了大量重要補(bǔ)充和修訂，而大部分MAC基本功能保持不變。802.11標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年發(fā)展，滿足各種WLAN要求，Hiert and co.在[1]中做了詳細(xì)總結(jié)。WLAN設(shè)備往往基于采用的物理層版本說明其功能。常見版本包括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(nèi)容流和即時(shí)文件傳輸?shù)刃枰邤?shù)據(jù)速率應(yīng)用的出現(xiàn)，IEEE發(fā)布了兩個(gè)新方案(802.11ac和802.11ad)提高最大數(shù)據(jù)速率，顯著高于802.11n。表1概括了802.11物理層標(biāo)準(zhǔn)。本案重點(diǎn)介紹802.11ac。

表1：IEEE 802.11物理層標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比。

802.11ac也稱為甚高吞吐量(VHT)，它是802.11n的繼任標(biāo)準(zhǔn)，后者稱為高吞吐量(HT)。與WLAN的演進(jìn)過程一樣，802.11ac全面向后兼容以前的標(biāo)準(zhǔn)。802.11ac任務(wù)組TGac于2008年成立，開始開發(fā)802.11ac，修訂IEEE 802.11-2009。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)2012年年底完成，2013年802.11工作組結(jié)束審批[7]。

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

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(yīng)用，并隨之定義了六種使用模式(參見[5])。這是802.11ac制定的基礎(chǔ)。使用模式中以數(shù)字家庭為重點(diǎn)。事實(shí)上，由于802.11ac支持高數(shù)據(jù)速率，家庭環(huán)境中可以并行運(yùn)行多種高帶寬應(yīng)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(shù)字家庭環(huán)境下的802.11ac應(yīng)用。

由于可以更加快速地傳輸數(shù)據(jù)，802.11ac還具有能效方面的顯著優(yōu)點(diǎn)。802.11ac芯片能效優(yōu)于基于前代標(biāo)準(zhǔn)的芯片。這是智能手機(jī)等電池供電設(shè)備的重要要求。用戶可以極大地降低WLAN功耗，從而支持新的應(yīng)用功能和使用環(huán)境，如蜂窩IP數(shù)據(jù)卸載。

802.11ac性能目標(biāo)

為支持新應(yīng)用和未來試驗(yàn)設(shè)備，Tgac定義了802.11ac的三種主要性能和功能要求[6]：

1.系統(tǒng)性能：802.11ac可以實(shí)現(xiàn)最大單站吞吐量和多站總計(jì)吞吐量，分別達(dá)到500Mbps和1Gbps以上。這是MAC數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)的測量結(jié)果，5GHz頻段通道帶寬不大于80MHz。由于數(shù)據(jù)速率要求針對(duì)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(shù)據(jù)速率。

2.向后兼容：802.11ac修訂標(biāo)準(zhǔn)向后兼容工作在5GHz頻段的802.11a和802.11n設(shè)備。

3.共存：802.11ac修訂標(biāo)準(zhǔn)具有802.11ac與802.11a/n設(shè)備之間的共存機(jī)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?yàn)?02.11ac設(shè)備實(shí)際上僅在5GHz頻段工作。

802.11ac技術(shù)細(xì)節(jié)

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(guī)格。例如，802.11ac采用與11n一樣的物理層OFDM調(diào)制(正交頻分多路復(fù)用)，并保持相同的編碼和交錯(cuò)式架構(gòu)。不過，為了滿足性能目標(biāo)，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(shè)備物理層規(guī)定參數(shù)為80MHz帶寬、64QAM 5/6和1個(gè)空分碼流。采用這種配置，數(shù)據(jù)速率達(dá)到293Mbps。不過，采用所有選用參數(shù)的設(shè)備(160MHz、256QAM 5/6和8個(gè)空分碼流)，數(shù)據(jù)速率可以達(dá)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，專門定義了802.11a和n設(shè)備可以接收的非VHT字段。前導(dǎo)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(dǎo)碼中剩余字段僅用于VHT設(shè)備。VHT-STF用來改善MIMO傳輸中的自動(dòng)增益控制。VHT-LTF是長訓(xùn)練系列，為接收機(jī)提供MIMO信道預(yù)估。VHT-SIG-B提供單用戶或多用戶模式數(shù)據(jù)長度、調(diào)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(zhàn)

WLAN生產(chǎn)測試系統(tǒng)廣泛安裝在全球WLAN設(shè)備制造廠中。硬件平臺(tái)長期以來沒有大的變化，往往通過軟件升級(jí)滿足隨著WLAN標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)出現(xiàn)的新的測試要求。不過，802.11ac的新功能對(duì)測試系統(tǒng)提出了更高的要求，許多現(xiàn)有硬件平臺(tái)需要升級(jí)。

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

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