802.11是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)通信。802.11系列標(biāo)準(zhǔn)得到國(guó)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)品的行業(yè)組織。

　　802.11標(biāo)準(zhǔn)包括物理層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）協(xié)議。自首次發(fā)布以來(lái)，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(guò)多年發(fā)展，滿(mǎn)足各種WLAN要求，Hiert and co.在中做了詳細(xì)總結(jié)。WLAN設(shè)備往往基于采用的物理層版本說(shuō)明其功能。常見(jiàn)版本包括802.11b、802.11a、802.11g,以及近發(fā)布的802.11n.802.11版本是IEEE 802.11-2009,其中包括802.11n。

　　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.

　　802.11ac也稱(chēng)為甚高吞吐量（VHT），它是802.11n的繼任標(biāo)準(zhǔn)，后者稱(chēng)為高吞吐量（HT）。與WLAN的演進(jìn)過(guò)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(kāi)始開(kāi)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].

　　本文介紹制定的802.11ac,分析此類(lèi)設(shè)備的生產(chǎn)測(cè)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(jiǎn)介和生產(chǎn)環(huán)境下面臨的測(cè)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(jiàn)[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）。

　　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(hù)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(lái)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)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(cè)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(guò)，為了滿(mǎn)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）。

　　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(guò)，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。為保證向后兼容，專(zhuān)門(mén)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(lái)改善MIMO傳輸中的自動(dòng)增益控制。VHT-LTF是長(zhǎng)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(hù)或多用戶(hù)模式數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、調(diào)制和編碼方案（MCS）信息。

　　生產(chǎn)測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

　　WLAN生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)廣泛安裝在WLAN設(shè)備制造廠中。硬件平臺(tái)長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有大的變化，往往通過(guò)軟件升級(jí)滿(mǎn)足隨著WLAN標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)出現(xiàn)的新的測(cè)試要求。不過(guò)，802.11ac的新功能對(duì)測(cè)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(lái)了大量變化，其中三個(gè)方面是生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備面臨的為嚴(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(cè)試速度也是生產(chǎn)的重要要求。

　　1.寬帶測(cè)量

　　802.11ac僅在5GHz免牌照頻段工作。與2.4GHz頻段相比，具有寬可用帶寬和低干擾的優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)和歐洲信道分配分別，參見(jiàn).因此，測(cè)試需要生成并分析80MHz瞬時(shí)帶寬或160MHz（可選）帶寬，以及頻率達(dá)5.835GHz的信號(hào)。

　　對(duì)于發(fā)射機(jī)測(cè)試，需要捕獲整個(gè)信號(hào)帶寬，測(cè)量信號(hào)質(zhì)量、頻率、功率和頻譜平坦度。頻譜包絡(luò)測(cè)量需要分析更寬的帶寬（如802.11ac 80MHz為240MHz）。這可以采用頻譜拼接技術(shù)，以更加經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)可以捕獲信號(hào)的多個(gè)快照，按頻域進(jìn)行拼接，顯示整個(gè)帶寬。

　　對(duì)于接收機(jī)測(cè)試，需要生成全帶寬信號(hào)波形模擬被測(cè)設(shè)備（DUT）。這種方法可以測(cè)試多種操作模式的接收靈敏度。

　　現(xiàn)有及今后推出的Aeroflex PXI 3000系列射頻模塊支持寬帶信號(hào)分析，并可以生成6GHz頻率，便于滿(mǎn)足802.11ac帶寬和頻率要求。我們的802.11ac解決方案可通過(guò)軟件升級(jí)，是802.11ac測(cè)試的理想平臺(tái)。

　　2.多輸入多輸出（MIMO）

　　MIMO是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上采用多個(gè)天線(xiàn)，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理提高通信性能。這種方法采用獨(dú)立發(fā)射/接收鏈，既可以提高鏈路可靠性，也可以提高數(shù)據(jù)速率。IEEE在802.11n中引入MIMO,將802.11ac的支持能力擴(kuò)展到8個(gè)空分碼流和多用戶(hù)MIMO（MU-MIMO）。相對(duì)于單用戶(hù)MIMO,MU-MIMO可以同時(shí)端接多個(gè)用戶(hù)同一頻段往來(lái)傳輸?shù)氖?發(fā)信號(hào)。

　　在研發(fā)環(huán)境下，MIMO開(kāi)發(fā)一般需要測(cè)試設(shè)備利用多徑信道仿真，對(duì)不同MIMO節(jié)點(diǎn)的多個(gè)碼流進(jìn)行編/解碼。而在生產(chǎn)環(huán)境下，由于設(shè)備設(shè)計(jì)已在研發(fā)階段完成，因此測(cè)試重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到射頻組件校準(zhǔn)和設(shè)備質(zhì)量確認(rèn)。生產(chǎn)環(huán)境下MIMO測(cè)試還應(yīng)優(yōu)化速度和成本。目前采用的一種方法是單獨(dú)測(cè)試MIMO收發(fā)器的射頻路徑。一般是通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣依次對(duì)每個(gè)MIMO路徑進(jìn)行測(cè)試，以進(jìn)一步節(jié)省測(cè)試設(shè)備的成本，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)測(cè)試收發(fā)器信道。這種方法足以滿(mǎn)足MIMO生產(chǎn)要求，合理兼顧性能與成本。

　　3.高密度調(diào)制

　　802.11ac規(guī)定OFDM模式采用256QAM調(diào)制方式。256QAM調(diào)制密度是過(guò)去WLAN標(biāo)準(zhǔn)密度調(diào)制方式64QAM的四倍。高速率傳輸所需傳輸信號(hào)質(zhì)量高于以前WLAN調(diào)制編碼方案。表4列出各種802.11ac調(diào)制方式的誤差向量幅度（EVM）或接收星座圖誤差（RCE）要求。無(wú)論信號(hào)帶寬多大，這種要求都是一樣的。

　　EVM特性受相位、頻率和幅度誤差影響。高階調(diào)制、多點(diǎn)定義星座圖，意味著不同符號(hào)的信號(hào)振幅存在很大差別。采用高階調(diào)制時(shí)，信號(hào)所受非線(xiàn)性和相位噪聲等影響會(huì)變得更加突出。

　　為了測(cè)量802.11ac信號(hào)，測(cè)試設(shè)備的殘留EVM必須顯著優(yōu)于表4所示的EVM要求（即-32dB,256QAM），否則會(huì)影響產(chǎn)量。這要求相對(duì)于測(cè)試過(guò)去的WLAN標(biāo)準(zhǔn)，802.11ac測(cè)試設(shè)備必須具有更加出色的相位噪聲和線(xiàn)性特性。

　　Aeroflex基于PXI 3000系列的WLAN測(cè)試解決方案優(yōu)異的EVM特性，可以輕松滿(mǎn)足802.11ac要求。如表5所示，這些數(shù)值反映了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)未采用均衡情況下（即人工生成較低測(cè)量值）的殘留EVM.

表5:Aeroflex PXI 3000平臺(tái)WLAN測(cè)試典型殘留EVM/RCE特性。測(cè)試結(jié)果包括接收機(jī)和發(fā)射機(jī)殘留EVM/RCE.無(wú)均衡。

　　4.測(cè)試速度

　　生產(chǎn)測(cè)試速度和產(chǎn)量是兩個(gè)重要的生產(chǎn)指標(biāo)。802.11ac是目前增加的一種測(cè)試設(shè)備，對(duì)于生產(chǎn)WLAN保持可接受的低價(jià)位，以及在消費(fèi)電子設(shè)備中的普及具有重要意義。802.11ac的價(jià)位必須與過(guò)去WLAN標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)位相當(dāng)。因此，802.11ac測(cè)試設(shè)備在高速校準(zhǔn)和驗(yàn)證設(shè)備和組件，同時(shí)保證和可靠性的基礎(chǔ)上，達(dá)到可觀的產(chǎn)量是十分重要的。

　　Aeroflex 3000系列PXI模塊化RF測(cè)試平臺(tái)滿(mǎn)足測(cè)試速度和重復(fù)性要求。這是通過(guò)產(chǎn)品大量創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，包括快速準(zhǔn)確的硬件切換、優(yōu)化軟件架構(gòu)、流水線(xiàn)技術(shù)，以及測(cè)試序列化進(jìn)一步提高設(shè)備利用率。表6舉例說(shuō)明802.11ac采用Aeroflex PXI 3000系列的測(cè)量時(shí)間。

測(cè)量時(shí)間包括捕獲、傳輸和分析。每項(xiàng)測(cè)試分析16個(gè)符號(hào)。測(cè)試結(jié)果是重復(fù)25次的平均值。

　　本文小結(jié)

　　802.11ac是IEEE的WLAN標(biāo)準(zhǔn)化工作，通過(guò)增加帶寬、空分碼流數(shù)量及采用先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，數(shù)據(jù)速率提高6倍。這項(xiàng)工作定位于802.11n的推廣，在2015年有望成為主流標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)設(shè)備出貨量將達(dá)到10億[9].這對(duì)設(shè)備測(cè)試和測(cè)量提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別是生產(chǎn)測(cè)試。目前，已確定了802.11ac生產(chǎn)環(huán)境面臨的四種主要測(cè)試挑戰(zhàn)：寬帶寬、MIMO、高密度調(diào)制和測(cè)試速度。

　　Aeroflex為優(yōu)化生產(chǎn)測(cè)試提供完整的WLAN解決方案。高性能、低成本PXI 3000一直享有卓著聲譽(yù)，為許多WLAN設(shè)備和RF組件制造商廣泛采用。我們的軟件基于通用PXI硬件模塊定義解決方案，有助于滿(mǎn)足涵蓋各種無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試需求。利用軟件選件，不僅可在同一平臺(tái)上進(jìn)行WLAN測(cè)試，而且支持多標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。