詳解802.11ac技術特點

2016-06-16

       802.11ac 代表了無線通信系統一個主要的技術演進。802.11ac設備采用了與802.11n一樣的OFDM(正交頻分復用)調制原理,但卻使用了更大的信道帶寬,更高的調制模式,更多的空間數據流,以及增強的MIMO技術以獲得更高的數據吞吐量。該項新技術的特點在于:

  · 工作在5GHz的頻段上

  802.11ac設備只在5GHz頻帶中工作,這意味著用來測試802.11ac設備的任何測試設備都必須支持5 GHz頻帶。更重要的是,802.11ac芯片組還支持2.4GHz頻帶,并支持使用802.11a/b/g/n等以前的WLAN標準,以提供向后兼容性。由于5GHz頻帶包含更多信道(將近1GHz頻譜)并且每個標準都有各自獨有的需要驗證的調制速率和特性,所以這往往會增加測試時間。

  · 支持更高的信道帶寬:80MHz(必選)和160MHz(可選)

  a. 理解160MHz所代表的技術復雜性。

  b. 160MHz帶寬的形成,可以是兩個連續的80M+80M頻帶組成,也可以是間隔開來的80M+80M的非連續頻帶組成。為什么會有非連續的頻帶出現,主要是考慮到一些國家的頻譜資源分配情況。比如,對于一臺在美國使用的設備,第一個80 MHz信道可能是5210MHz,第二個80MHz信道則可能是5775MHz——間隔565MHz。

  c. 而支持這種非連續信道配置可為芯片供應商提供最大靈活性,使他們開發出的單芯片組可以在提供一個或多個80MHz信道的國家或地區使用。但非連續信道的測試卻給測試設備帶來了另一個挑戰,因為兩個80 MHz信道可以在頻率上相隔很遠。

  d. 測試設備的單個矢量信號分析儀(VSA)無法測量兩個信道同時傳輸,除非它有645MHz(565MHz+80MHz)以上的瞬時帶寬。要想測試設備既具有能夠進行這種測量所需的足夠動態范圍(由模數轉換器位分辨率決定)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。

  萊特波特的方案是使用并行VSA以不同的信道中心頻率同時捕獲兩種信號。這樣就可以通過更高動態范圍的模數轉換器實現成本更低、靈活性更高的解決方案,從而獲得更優的信號測量特性,同時在更低的采樣速率下工作,進而優化成本。IQXel平臺是業界首個802.11ac生產測試解決方案,該平臺可測試802.11ac 80MHz及160MHz。

  · 新的調制編碼方式

  a. 10個編碼調制方式(MCS0-9)VS支持最多達到77種編碼方式(802.11n)。

  b. 最大調制方式支持到256QAM(可選)。

  1. 256QAM調制方案的更高符號密度對噪聲的耐受能力不如64 QAM,必須測量更加嚴格的EVM指標——802.11ac中256QAM調制方案的EVM指標為-32dB。為了滿足改進的EVM指標,測試設備需要更好的噪聲性能,因為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,因為802.11ac的工作頻率為5GHz,而相位噪聲往往會隨著頻率的增加而增加,因此與在2.4GHz頻率下測試802.11n信號相比,在5GHz頻率下測試802.11ac信號時,測試設備具有更高性能是至關重要的。

  2. IQXel平臺提供802.11ac中256QAM調制所需的高性能EVM測量能力。

  · 和802.11a和802.11n保持兼容和共存

  · 支持更多的空間流傳輸:8 VS 4(802.11n)

  a. 無線視頻正迅速地驅動MIMO系統進入平板電腦和其他移動平臺,并正把WLAN系統的性能推向一個新高度,用戶也期待基于WLAN技術流暢、可靠的視頻傳送。WLAN以往的應用主要是基本的數據傳輸(電子郵件、網上沖浪、文件傳輸等),但是視頻傳送是完全不同的應用,視頻傳送需要低延時和穩定高速的數據速率來確保圖像的流暢。當今,大量的設備正在使用802.11MIMO系統進行視頻傳送。典型的應用有平板電腦、筆記本電腦,甚至是智能手機與智能電視的無線連接。此外,802.11MIMO系統正日益廣泛地被用于家庭影音環境,比如說:將視頻內容從一部數碼錄像機(DVR)傳輸到電視機或電視機頂盒。這種傳輸方式的好處是能避免特殊的線路連接和復雜的安裝過程。

  b. 智能手機和更小型化的移動裝置幾乎都是單一輸入與單一輸出(SISO)的解決方案,這主要歸因于天線空間和功耗。一個MIMO系統想要正常工作,各天線上的信號就需要不相關,不相關便意味著信號的增加不能以一種信號疊加后會產生峰值的形式進行。在實際應用中,天線與天線間的隔離度需保持在6dB左右,以確保將實際系統中信號相關性控制在最低程度。這意味著天線與天線之間必須有一定的間距,而像智能手機等裝置中往往沒有多少空間,尤其是考慮到智能手機所必須支持的多種蜂窩通信和無線互聯技術的頻段時更是如此。平板電腦等較大的裝置則能容納更多的天線和更大的天線間距。截至到本文發稿時,市場上已推出幾款2x2 WLAN MIMO型平板電腦,這些產品能利用MIMO技術帶來的更高的數據傳輸可靠性和吞吐量。

  c. 最后,4x4 WLAN MIMO系統也已開始出現,其初步應用瞄準了機頂盒的視頻傳送性能,因為機頂盒能從這種4x4 MIMO系統所提供的更好的傳輸可靠性和更大的數據容量中真正受益。

  d. IEEE在802.11n標準中引入4×4 MIMO技術,在802.11ac標準中擴展到支持最多8×8 MIMO天線。這就要求測試設備的硬件級聯要做的很好,可以靈活的支持不同組合的MIMO測試。

  e. 另外,MIMO系統除了增加天線、收發器、數字信號處理器等硬件成本和設計復雜度外,還帶來了系統性能驗證的挑戰。MIMO性能實現的基本要求是各個通路之間信號不相關,有良好的隔離度,以及多路信號在基帶和射頻都有嚴格的時鐘同步,這些要求都只有在MIMO系統實際的工作狀態下,同時觀察所有的天線通路才可以驗證。單路輪流發射、外置功分器或開關都無法驗證系統實際的射頻性能。因為需要多套矢量信號分析儀(VSA)同時分析信號,以及多套矢量信號源(VSG)同時發射信號,MIMO測試的復雜度和成本都比單收單發(SISO)系統顯著高。

  萊特波特公司依托WLAN測試領域豐富的行業經驗,提出靈活的MIMO測試儀表配置方案。目前主流的WLAN測試儀表IQxel即可以單獨使用,也可以通 過簡單的時鐘同步和觸發連接組成MIMO測試系統。IQxel160和IQxel280由于包括了兩套VSA和VSG硬件資源,一臺儀表就可以進行 2×2MIMO測試。

       · 增強的波束成形技術(Beamforming)和多用戶多輸入輸出(MU-MIMO)

  a. 從結構和設置來分,支持802.11n標準的波束成形可分為顯性波束成形和隱形波束成形兩大類:顯性波束成形在AP和客戶端均有設置,對增加距離和鏈路耐用性有很大提高;隱性波束成形的好處是客戶端不需要做相應的處理,在設備實現上較為簡單,對增加距離和耐用性也有一定幫助。

  b. 以顯性波束成形的熱點為例,無線局域網信號傳輸過程是這樣開始的:基站與客戶端之間需要不斷地周期性握手(發送聲信號,信道矩陣反饋),客戶端反饋信道信息給熱點,熱點根據信道狀態信息發送復形數據包給客戶端,加強某客戶端方向的強度,由此獲得空間分集增益+發射陣列增益(此與發射天線數量有關)。

  · 兩倍的能效提高

 

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