针对WIFI 11ax FCC认证测试用例分析——11ax协议所带来的认证风险评估

王萍萍

中软国际（上海）科技服务有限公司 上海 201206

11ax新协议无论是在提升传输速率还是在更好地争取小区边缘用户上都有着它得天独厚的优势。11ax期望在高密部署的场景中（例如机场，火车站），用户的平均吞吐量能达到11ac的4倍。11ax引入正交频分多址（OFDMA）技术，将现有的WIFI信道（20M/40/80/160M），划分成了间隔只有78.125kHz的子载波信道。将最小的子载波信道称为RU（Resource Unit），定义了RU Index规定了对子信道的分配规则。在协议规定的规则下，只占用一个26 Tones（RU size）的时候， PSD以及边带杂散会相对存在高风险。认证测试时候，除了完成必要的增加测试用例之外，我们还需要找出最worse的场景去保证它是符合法规要求的，怎么增加用例怎么找最worse的测试用例场景就是本文所需要阐述的[1]。

1 11ax增加认证测试用例

11ax是新的WIFI协议，FCC认证要求产品在所有认证模式都得符合法规要求，相应增加的11ax模式必须在认证测试中增加相应测试用例。11ax引入了RU，划分RU又引入Tones（RU size），相对之前的协议更加复杂，认证测试用例怎么取舍，哪些必须遍历测试都必须弄清楚。

1.1 Maximum Conducted Output Power 11ax测试用例

功率测试需要在之前的用例基础上，按照之前信道选择，只测试MCS0，遍历所有带宽所有Tones，选择典型的RU Index进行测试。

1.1.1 2.4G Maximum Conducted Output Power 11ax测试用例

2.4G功率测试需要选择低中高三个channel，遍历所有带宽（20M/40M），遍历所有Tones（26/52/106/242/484），只需测试MCS0，选择典型User RU allocation测试，不需要遍历所有User RU allocation。

SISO功率分别测试各天线口得到，测试MIMO功率需要在MIMO发射时候分开测试两个天线口的功率，最后再叠加计算得到MIMO功率。

1.1.2 5G Maximum Conducted Output Power 11ax测试用例

5G功率选择20M ch36/40/48/52/56/64/100/120/144/149/157

/165，40M ch38/46/54/62/102/118/142/151/159,80M ch42/58/106

/122/138/155，160M ch50/114，遍历Tones（26/52/106/242

/484/996/996*2），选择典型RU Index测试。5G SISO/MIMO功率测试方法同2.4G，风险亦相同。因测试频点相对较多，测试时间需要较长。

1.2 PSD测试用例

在同样功率的前提下，实际工作占用最小带宽的情况无疑是PSD风险最高的场景，对11ax来说，只有一个用户且只占用一个26 Tones的场景就是规则下实际占用带宽最小的情况，一个26 Tones的带宽=26*78.125kHz,等于2.03M，这个时候新道内主要的能量都集中在这2M多的频段内，PSD在这里相对就非常高。

1.2.1 2.4G PSD

2.4G 11ax PSD测试时只需测试MCS0，ch1/6/11,遍历所有Tones

（26/52/106/242/484），只要选择一个最worse的RU Index且只有一个用户的场景即可。FCC 2.4G PSD的限值要求是8dBm/3KHz，相当于是33.2dBm/MHz，这个要求是非常松的，基本不会有什么超出的风险存在[2]。

1.2.2 5G PSD

同2.4G一样，5G PSD也只需测试MCS0。带宽信道选择与PSD同，遍历Tones（26/52/106/242/484/996/996*2），同样只要选择一个最worse的RU Index的场景即可。5150-5250M的PSD区分Station还是AP，Station限值是11dBm/MHz，室内AP限值是17dBm/MHz；5250-5725M的PSD限值要求是11dBm/MHz，不分Station和AP；5725-5850M的PSD限值要求和2.4G一样是8dBm/MHz；当Station只占用了一个26 Tones的时候，这种情况下带宽最窄，只有2M多一点，此时的PSD是最高的，我们需要把这种最worse的情况摸底清楚。AP则至少要使用N*4*26个子载波（其中N是20M子信道个数）。

1.3 OBW测试用例

FCC认证对于OBW的要求比较松只在Part 15 C章节对6dB占用带宽给了要大于等500KHz的要求，这个在符合802.11协议的要求下是完全没有风险的，Part 15 C章节有效的频段是2.4-2.4835G和5725-5850M这两个频段，那么对于其他的WIFI频段，FCC是没有OBW的限值要求的。所以11ax OBW只需要增加这两个频段内的用例就可以了。

1.4 2.4G Conductive emission at Band edge传导边带杂散

FCC Part15 C章节对WIFI2.4GHz～2483.5MHz和5725～5850MHz范围内的信号的边带有着相对带内能量的抑制比要求，只需测高低信道（ch1/11），只测MCS0，20M/40M带宽都需要测试，遍历所有Tones，选择一个边带只有一个最窄26Tones的场景。

传导边带杂散的限值要求是Max Hold& Peak条件下小于-20dBc或者-30dBc，选择-20dBc的限值对应测试认证功率需选择Peak Power，选择-30dBc作为限制则对应测试认证功率可选择Average Power。这实际上像是一个跷跷板的效应，功率测试限值都是30dBm的情况下选择测试Average Power则可让我们的产品有更高功率的选择空间，但是对应-30dBc的边带抑制要求，则要求我们的边带能量压得更低（相对-20dBc），这是要求靠近边带的信道对功率有所回退才能做到的。-20dBc的边带抑制几乎没有什么风险，但是要求Peak Power小于30dBm，本身对发射功率就做了更强的限制。通常AP会选择前者以获取中间非靠近边带信道的高发射功率，而对靠近边带的信道做降功率处理；而station对发射功率的要求没这么高，认证直接选择测试Average Power满足-20dBc的边带抑制即可[3]。

1.5 2.4G Conductive emission传导杂散

需测试高中低信道，只测MCS0，20M/40M带宽都需要测试，遍历所有Tones。

1.6 Radio Emission at Band edge测试用例

辐射边带杂散只需测试靠近边带的信号，这些频点的风险是最高的，同样只测MCS0，遍历所有带宽所有Tones。

1.6.1 2.4G 辐射边带杂散

辐射边带杂散只需测试靠近边带的信号，这些频点的风险是最高的，同样只测MCS0，遍历带宽，遍历Tones。FCC辐射边带杂散的限值和辐射杂散限值相同，要求是Max Hold& Peak条件下小于74dBuV，Average& RMS条件下小于54dBuV。2.4G辐射边带杂散对应的边界点是2390M和2483.5M。

辐射边带杂散要求风险较高，同传导边带杂散一样，选择一个边带只有一个最窄26Tones的场景，是最worse的场景，要保证该场景也能符合法规限值要求。

1.6.2 5G辐射边带杂散

5G FCC辐射边带杂散的限值和辐射杂散限值相同，是区分限制频段和非限制频段的，也就是在限制频段内是Max Hold& Peak条件下小于74dBuV，Average& RMS条件下小于54dBuV；限制频段外对Average& RMS条件无限制要求，对Max Hold& Peak条件下的限值还区分工作频段，当工作频段落在5725-5850M内时，边界点是5725M和5850M，5720-5725M之间限值是从110.6dBuV到122dBuV，5700-5720M之间限值是从105dBuV到110.6dBuV，5650-5700M之间的限值是从68dBuV到105dBuV；5850边带与5725边带情况对称；其余远一些的频段，则是满足一般RE频段杂散要求即可。工作频段在5725M-5850M内的辐射边带限值较松，风险较低。但当工作频段在5150M-5350M、5470M-5725M范围内的情况，想应边界点是5150M/5350M/5460M/5470M/5725M，这些点都须满足限制频段Peak& Average双重要求，尤其是Average限值需小于54dBuV的要求，这是非常严格的，相对测试项风险也较高，也需要重点关注。（5470与5725虽然属于非限制频段，但是68dBuV的Peak限值要求比限制频段74dBuV的Peak限值还要严格（因为边带位置的峰均比过高），当主信号非常靠近边界点时会出现非限制频段比限制频段杂散要求还要严苛的情况，KDB789033对这种情况做了注释，说明此种情况下，非限制频段只要满足限制频段的Peak与Average的双重要求即可，不满足Peak 68dBuV的限值亦可。

1.7 Radio Emission测试用例

对WIFI产品来说，辐射杂散主要关注的是各谐波的能量大小不能超过规定的限值，限值区分限制频段和非限制频段，限制频段内要求是Max Hold& Peak条件下小于74dBuV，Average&RMS条件下小于54dBuV；限制频段外对Average& RMS条件无限制要求，对Max Hold& Peak条件下的限值是68dBuV。

1.7.1 2.4G 辐射杂散

在11ax出现之前，2.4G辐射杂散谐波风险最高的是11b 1M，因为相对11b 1M的带宽最窄，能量越集中，相应谐波能量也越高。针对11ax新协议，会出现只占用一个26Tones的场景，这个时候OBW最小，相对11b带宽更窄，需要特别注意此种场景下主频n次谐波的能量值。

1.7.2 5G 辐射杂散

与2.4G类似，11ax只占用一个26Tones的场景，这个时候OBW最小，也成为5G谐波风险最高的场景。当前5G WIFI RF外围电路都有配置滤波或者是有FEM（外置PA兼滤波）的，这些对谐波能量都有很好的抑制作用，但谐波点的辐射杂散仍然是是仅次于边带杂散的高风险测试项。外置PA本身也很可能存在n次谐波能量超标的问题。

2 结语

FCC认证因11ax引入增加的高风险项主要在PSD，边带杂散和谐波杂散这些认证测试项上，最worse的场景都是信道占用率最小的时候的场景。对AP而言，信道占用率最小的情况是占用4*26Tones的场景，此时信道实际占用带宽（6dB OBW）大概在8.13M；对Station来说，信道占用率最小的情况是占用单个26Tones的场景，此时信道实际占用带宽（6dB OBW）大概在2.03M。这样对AP还是Station的测试用例相应最worse的RU Index 的选择就会有所区别。对Station的风险会更高。如本文介绍的FCC认证OFDMA所要增加的这么多的测试项测试用例据第三方认证实验室评估需2个月的测试时长预留，这就提醒我们需要在产品上市前尽早留出相应时间来完成认证，保证能按期拿到证书。