802.11ac对设计和测量的问题分析

■文/刘凯 张小莹

802.11ac对设计和测量的问题分析

■文/刘凯 张小莹

要让VHTWLAN产品在主流市场上取得成功，综合的考虑设计和测量能力是非常重要的。

WIFI 802.11AC WLAN

被业界认为是第五代WiFi的802.11ac正在呼之欲出，它与之前的WiFi标准制式有哪些方面的不同，为什么会被业界如此看好，让我们先来了解一下WiFi和WLAN的历史。

无线局域网（WLAN）推行之初被普遍认可的两个国际标准是IEEE802.11a和802.11b。最初设计这些标准的目的是为满足便携式电脑在家和办公室环境中可随意移动的要求。随后，在一些机场、酒店、咖啡屋和购物广场也开始允许通过无线接入（商业命名为Wi-Fi），随时随地上网、查询电子邮件等，扩展了无线宽带的功能。虽然无线宽带连接的数据速度曾经很有限，例如，802.11a在5 GHz频段可提供的最高速率是54 Mbps，而802.11b在2.4 GHz只有11 Mbps，但这两个频段都是免费的，即不需要授权的。为了尽量减少来自其它同频设备的干扰，这两个标准都采用了扩频传输技术和比较复杂的编码技术。2003年，IEEE（美国电气及电子工程师学会）颁布了802.11g，依旧工作在2.4GHz频段，但是数据速率可以达到54 Mbps。与此同时，一种新的应用模式即在家庭和小型办公室里可连接多个设备并在设备间进行数据共享，对无线局域网的数据传输速率提出更高要求，从而使得一个新的研究项目应运而生，这就是于2009公布的802.11n的由来。为了使单信道的数据速率最高可以超过100 Mbps。

当前一些比较超前的应用模式，这些模式需要更高的数据传输量来支持“无线办公”的要求，如无线显示、高清电视、高速网盘等。

为了满足以上这些需要，IEEE内部设立了两个项目工作组，以“极高吞吐量”为目标进行立项研究。其中一个工作组TGac是以802.11n标准为基础并进行扩展，制定出802.11ac，即在5GHz的频段上，数据吞吐量目标为：在单通道链路上的最低速率为500 Mb/s，最高可达到1Gbps。另一个工作组TGad与无线千兆比特联盟联合提出802.11ad的标准，即在60GHz的频段上使用大约2GHz频谱带宽，这一尚未使用的频段可以在近距离范围内实现高达7 Gbps的传输速率。另外还有与现有设备的兼容性，在相同频段上与现有标准的后向兼容都是标准组织“必须”考虑的问题。802.11系列标准的目标之一就是后向兼容。对于WLAN的设备可以支持三种无线制式：一般用途的使用在2.4GHz频段，但会受到同频干扰的问题；更稳定和较高速率的应用在5 GHz频段，使用60GHz频段用于室内的超高速率的应用，同时还能支持在这三种制式之间的转换。这两个新的标准目前都有技术草案。802.11ad的标准计划于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。由于这两个标准分别基于5GHz和60GHz，将会体现在物理层的属性完全不同，所以，本文主要是针对802.11ac进行介绍。

一、802.11ac与802.11n的技术区别

802.11ac的物理层是对802.11n标准的延续，而且要满足后向兼容。下面我们来着重探讨一下在802.11ac上的变化。表2列出802.11n的物理层的主要特点，理论上说802.11n在使用了40MHz带宽和4个空间流可以达到最高600Mbps的数据速率，尽管目前很多无线设备只能支持2路空间流。对于802.11ac来说，理论上使用160 MHz带宽，8个空间流，MCS9编码，256QAM调制，最高速率能达到6.93 Gbps。而真正可以使用的数据速率大概是1.56 Gbps。

802.11ac对于20和40MHz带宽的定义与802.11n是一致，对于802.11ac标准中新的内容，不管是80MHz，160MHz还是80+80MHz，与80MHz有着同样的定义方法，只不过后两者考虑是的是2个80 MHz信道的载波分配。

从帧结构上看，802.11ac的系统能够探测接入设备的帧结构里所包含的前导码(preample)和导频信号（pilot），来区分接入设备使用的是何种标准，并自适应，这就是后向兼容。

二、802.11ac的测试需要

表4中列举了802.11ac标准规范中对发射机和接收机的测试要求，这些要求跟802.11n很类似，并增加了一些针对802.11ac的新的测试项目和规范。这些规范目前还在不断地完善过程中，要考虑通过产品设计的功能测试和性能测试，以保证产品的性能和互通性等。

三、802.11ac对设计和测量的挑战

802.11ac的一些新的特性使得测试这些产品出现新的挑战，256QAM技术要求在接收和发射电路中有良好的矢量误差（EVM）,在星座图测量中要求也更为复杂、精确。矢量信号分析设备，安捷伦89600VSA软件提供了详细分析802.11 ac信号矢量信号的分析，以便洞察其信号出错情况，做出更好的调整和更改，同时还支持4x4的MIMO测量。

另一个测量挑战出现在测量数字预失真（DPD），为了改善失真，需要产生和测量占用带宽高出3～5倍带宽范围内的功率放大器的线性特征。安捷伦SystemVueW1716DPDBuilder软件能够提供一个自动数字线性失真设计测试应用。该软件产生一个激励波形，下载到信号源，信号源产生的信号通过功率放大器后使用信号分析仪接受放大后的信号，并将信号解调出来，传输给测试电脑，软件通过对比激励波形和接收到的波形判断失真情况，从而达到测量和分析功能。

四、结束语

随着无线技术的发展，和人们对使用无线设备的体验的持续要求，对无线本地网的连接，也提出同样的要求：更快的速度和更宽的带宽。满足这些商业需求的同时，也增加对产品和保证规范各类产品性能及互联互通的国际标准的复杂性，对测试测量也提出了更高的挑战。要让VHT WLAN产品在主流市场上取得成功，综合的考虑设计和测量能力是非常重要的。

[1]郭政.5GWiFi标准——802.11ac解析及应用展望[J].科技传播，2012(15): 187-188.

[2]马满仓,郑建勇,郭静,卢继华.WLAN标准IEEE802.11ac/ad及其关键技术[J].电信技术,2012（04）:75-77.

[3]王文斌.几种IEEE802.11无线局域网协议的比较[J].信息技术，2007(06): 12-127.

（作者单位：山东信息职业技术学院）