5G WiFi時(shí)代面臨的大批量測試挑戰(zhàn)

802.11ac技術(shù)正在以以往任何WLAN標(biāo)準(zhǔn)前所未有的速度部署。消費(fèi)者對高帶寬視頻內(nèi)容的嗜好不斷推動著對802.11ac提供的1 Gbps數(shù)據(jù)鏈路（數(shù)據(jù)速率比前一代802.11n技術(shù)高3倍）的需求。802.11ac設(shè)備的交付量有望在2015年前超過3.5億臺——其采用速率比最初推出的802.11設(shè)備快2倍。

2012年，領(lǐng)先的設(shè)備供應(yīng)商紛紛推出多款接入點(diǎn)/路由器產(chǎn)品，802.11ac設(shè)備自此開始首次亮相。這些解決方案主要是采用3x3 MIMO實(shí)現(xiàn)方式、數(shù)據(jù)速率高達(dá)1 Gbps的解決方案。領(lǐng)先的尖端筆記本電腦有望在2012年年底前開始采用802.11ac技術(shù)。隨著SISO (1x1)配置的面市及功率要求的降低，移動設(shè)備（平板電腦和智能手機(jī)）有望在2013年開始采用802.11ac技術(shù)。

圖1：802.11ac技術(shù)的采用概況圖

802.11ac的首次展示的其他關(guān)鍵因素是要使用的信道帶寬的選擇。802.11ac可以使用多個(gè)信道配置。包括：

* 80 MHz信道配置

* 160 MHz信道配置（非連續(xù)80 + 80 MHz模式）

* 160 MHz信道配置（連續(xù)160 MHz模式）

各個(gè)國家或地區(qū)之間在監(jiān)管方面的差異將對部署的信道配置產(chǎn)生很大的影響。圖2顯示了主要國家或地區(qū)的可用信道配置。

圖2：全球信道分配

根據(jù)圖2，160 MHz的信道在中國不可用。鑒于中國消費(fèi)類市場的巨大潛力，這就導(dǎo)致不可能大規(guī)模部署160 MHz連續(xù)信道。不過，所有關(guān)鍵的地理區(qū)域都提供80 MHz信道（至少1個(gè)）。這樣就可以實(shí)現(xiàn)在所有主要的全球市場中部署80 MHz信道設(shè)備。一個(gè)可能的折衷方案是部署支持160 MHz信道的芯片組方案，不過是以非連續(xù)模式來實(shí)現(xiàn)。這樣就使產(chǎn)品能夠在僅允許使用一個(gè)80 MHz信道的地區(qū)使用單個(gè)80 MHz信道，而在支持多個(gè)80 MHz信道的地區(qū)（美國、歐盟、日本、印度）使用2 個(gè)單獨(dú)的80 MHz信道。

對于廣域網(wǎng)的部署（即公共熱點(diǎn)），缺少多個(gè)信道（比如中國）必定會加大網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的難度。由于802.1ac標(biāo)準(zhǔn)一直支持回退至公共熱點(diǎn)環(huán)境中可能存在的前代標(biāo)準(zhǔn)（802.11n和802.11g），因此這不應(yīng)被看作是802.1ac技術(shù)的缺點(diǎn)。在用戶的家中或公寓里，一個(gè)可用的802.11ac信道對于提供足夠的性能來講綽綽有余，特別是在使用多用戶MIMO的情況下。

802.11ac設(shè)備的測試挑戰(zhàn)

802.11ac給設(shè)備測試提出了多個(gè)全新的挑戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)包括：

* 信道帶寬增至802.11n的兩倍至四倍

* 非連續(xù)80+80信道測試

* 要測試更多頻帶——必須測試5 GHz頻帶

* 測試256 QAM調(diào)制方案需要比802.11n中的64 QAM調(diào)制方案更高的精度

* 更高帶寬的頻譜模板測試

帶寬挑戰(zhàn)

802.11ac使用的帶寬比802.11n高兩至四倍。802.11ac能夠采用5 GHz頻帶的關(guān)鍵原因是5GHz頻帶為這些更寬的信道需求提供了更多頻譜，從而能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。

圖3：802.11ac信道帶寬。

這一增長的帶寬幾乎淘汰了以前針對802.11n測試而設(shè)計(jì)的所有測試儀（受限于最多40 MHz的信道）。與802.11n測試儀相比，針對802.11ac測試需求設(shè)計(jì)的測試儀需要2至4倍的采樣速率才能捕獲整個(gè)信道帶寬。這樣高的采樣速率意味著需要捕獲2至4倍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如果未在數(shù)據(jù)傳輸和處理領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)的話，這就會增加數(shù)據(jù)傳輸處理時(shí)間。

非連續(xù)信道測試——80+80 MHz信道

非連續(xù)信道配置可以為芯片供應(yīng)商提供最大的靈活性，使他們開發(fā)出的單芯片組可以在提供一個(gè)或多個(gè)80 MHz信道的國家或地區(qū)使用。非連續(xù)信道的測試給測試設(shè)備帶來了另一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)閮蓚€(gè)80 MHz信道可以在頻率上相隔很遠(yuǎn)。比如，就圖2而言，對于一臺在美國使用的設(shè)備，第一個(gè)80 MHz信道可能是5210 MHz，第二個(gè)80 MHz信道可能是5775 MHz——間隔565 MHz。

圖4：80+80非連續(xù)模式可能的信道配置。

測試設(shè)備的單個(gè)矢量信號分析儀(VSA)無法測量這種方案（兩個(gè)信道同時(shí)傳輸），除非它有645 MHz以上的瞬時(shí)帶寬。要想測試設(shè)備既具有能夠進(jìn)行這種測量所需的足夠動態(tài)范圍（由模數(shù)轉(zhuǎn)換器位分辨率決定）和足夠高的采樣速率（1.3 GHz以上），又有比較高的成本效益，這是不可能的。最好的方案是使用并行VSA以不同的信道中心頻率同時(shí)捕獲兩種信號。這樣就可以通過更高動態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)成本更低、靈活性更高的解決方案，從而獲得更優(yōu)的信號測量特性，同時(shí)在更低的采樣速率下工作，進(jìn)而優(yōu)化成本。

要測試更多頻帶——必須測試5 GHz

802.11ac設(shè)備只在5 GHz頻帶中工作。當(dāng)然，這意味著用來測試802.11ac設(shè)備的任何測試設(shè)備都必須支持5 GHz頻帶。更為重要的是，802.11ac芯片組還支持2.4 GHz頻帶，并支持使用802.11 a/b/g/n等以前的WLAN標(biāo)準(zhǔn)，以提供向后兼容性。由于5 GHz頻帶包含更多信道（將近1 GHz頻譜）并且每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有各自獨(dú)有的需要驗(yàn)證的調(diào)制速率和特性，所以這往往會增加測試時(shí)間。

全新的調(diào)制技術(shù)——256 QAM

為了實(shí)現(xiàn)更高的頻譜利用率，802.11ac支持使用256 QAM調(diào)制技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以提供比802.11n所用的最大的64 QAM調(diào)制技術(shù)多4倍的符號。這就給測試設(shè)備提出了新的要求：現(xiàn)在必須測量更加嚴(yán)格的EVM指標(biāo)——802.11ac中256 QAM調(diào)制方案的EVM指標(biāo)為-32 dB。為了滿足改進(jìn)的EVM指標(biāo)，測試設(shè)備需要更好的噪聲性能，因?yàn)?56 QAM調(diào)制方案的更高符號密度對噪聲的耐受能力不如64 QAM。

圖5：802.11n 64 QAM調(diào)制方案與802.11ac 256 QAM調(diào)制方案的對比。

噪聲性能由熱噪聲和相位噪聲決定。相位噪聲性能尤其重要，因?yàn)?02.11ac的工作頻率為5 GHz，而相位噪聲往往會隨著頻率的增加而增加，因此與在2.4 GHz頻率下測試802.11n信號相比，在5 GHz頻率下測試802.11ac信號時(shí)，測試設(shè)備具有更高的性能是至關(guān)重要的。

頻譜模板測試要求

802.11ac的頻譜模板測試要求也復(fù)雜得多，這是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)支持連續(xù)和非連續(xù)模式。總之，頻譜模板測量需要更高的帶寬才能進(jìn)行測量。頻譜模板要求如圖6所示。

圖6a：802.11ac 80 MHz頻譜模板限制。

80 MHz信道的整個(gè)頻譜模板需要240 MHz的總捕獲頻譜才能進(jìn)行測量。

802.11ac Devices設(shè)備的生產(chǎn)測試

圖7：LitePoint IQxel(tm) 802.11ac測試儀

如上所述，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)帶來了大量的技術(shù)挑戰(zhàn)。也許測試802.11ac設(shè)備的最大挑戰(zhàn)在于在盡可能最短的時(shí)間內(nèi)以最低的成本實(shí)現(xiàn)設(shè)備的面市。雖然802.11ac設(shè)備現(xiàn)在的銷售價(jià)格比802.11n設(shè)備高，不過在12至18個(gè)月內(nèi)802.11ac設(shè)備的價(jià)格很有可能大幅下滑。因此，在開發(fā)802.11ac測試解決方案時(shí)全面地考慮生產(chǎn)測試成本和部署時(shí)間等因素非常重要。

LitePoint IQxel(tm)是LitePoint公司基于在WLAN產(chǎn)品生產(chǎn)測試領(lǐng)域的長期經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新一代WLAN測試儀。IQxel測試儀是為滿足802.11ac的新技術(shù)和性能要求而設(shè)計(jì)，同時(shí)可滿足極具挑戰(zhàn)性的設(shè)備測試成本目標(biāo)。

IQxel測試儀可以支持連續(xù)和非連續(xù)版本的802.11ac規(guī)范。該測試儀可配備雙測試引擎，即使在有500 MHz以上的帶寬間隔的情況下，也能夠同時(shí)捕獲兩個(gè)80 MHz信道。如果使用的是連續(xù)信道設(shè)置，這兩個(gè)測試引擎也可以捕獲160 MHz帶寬的信道。這就為應(yīng)對隨著新芯片組設(shè)計(jì)的逐步面市而出現(xiàn)的多個(gè)802.11ac實(shí)現(xiàn)方案提供了極高的靈活性。

圖8a和8b：IQxel具有可用于非連續(xù)與連續(xù)信道測試的靈活性

圖8a和8b：IQxel具有可用于非連續(xù)與連續(xù)信道測試的靈活性

IQxel測試儀已經(jīng)針對生產(chǎn)測試進(jìn)行了優(yōu)化，包括雙頭（或切換）測試等增強(qiáng)吞吐能力的功能。由于一個(gè)DUT（待測器件）在進(jìn)行測試的同時(shí)，另一個(gè)DUT正在載入或啟動，因此這可以使測試儀利用率達(dá)到100%。

圖9：雙頭測試功能可以優(yōu)化吞吐能力，并最大限度地提高利用率

針對DUT 1的測試一完成，對DUT 2的測試就會立即開始，DUT在卸載時(shí)，新的DUT已經(jīng)放入測試夾具中了。

MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)是一項(xiàng)廣泛用于所有領(lǐng)先的802.11ac芯片組的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)可以最大限度地提高吞吐能力和數(shù)據(jù)傳輸速率。目前市場上的典型芯片組采用3x3方案來提供1 Gbps的數(shù)據(jù)速率。LitePoint公司在2005年推出IQnxn測試系統(tǒng)，開創(chuàng)了MIMO測試系統(tǒng)先河，如今LitePoint已將其功能擴(kuò)展到IQxel測試儀中。在研發(fā)和DVT（設(shè)計(jì)驗(yàn)證測試）過程中MIMO系統(tǒng)的全面特性分析需要針對非相關(guān)信號進(jìn)行獨(dú)立信號產(chǎn)生和捕獲。

為了滿足這一要求，可以將多臺IQxel測試儀組合在一起，其集成的觸發(fā)同步系統(tǒng)互連在一起，從而為RX測試提供同時(shí)輸出信號，為TX測量提供同步捕獲。

圖10：IQxel MIMO測試配置（圖中所示為4x4系統(tǒng)）

為了確保最高靈活性，測試裝置可以在以后分成多個(gè)獨(dú)立的測試系統(tǒng)，從而進(jìn)行SISO（單輸入單輸出）測試。

結(jié)束語

802.11ac可以為無線用戶帶來全新的性能體驗(yàn)。這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)正在廣泛滲透到大批量產(chǎn)品中，其滲透速度高于歷史上WLAN領(lǐng)域的任何其他標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)新技術(shù)為消費(fèi)者帶來了更強(qiáng)的功能，同時(shí)也給802.11ac設(shè)備廠商提出了一系列全新的挑戰(zhàn)。802.11ac信號的高帶寬和高動態(tài)范圍要求意味著新一代測試設(shè)備需要滿足這些新的測試要求。

LitePoint IQxel測試儀可以滿足這些嚴(yán)苛的技術(shù)要求，同時(shí)將廠商要求放在最重要的位置。該系統(tǒng)具有極高的靈活性，可用來測量80 MHz、80 + 80 MHz非連續(xù)以及160 MHz連續(xù)信道配置，因此IQxel適用于需要測試的任何802.11ac配置。

IQxel測試儀已經(jīng)針對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還借助真正的MIMO測量功能，全面涵蓋了研發(fā)工程師和特性分析工程師的需求