应对IEEE802.11ac生产测试挑战

802.11ac技术细节

为了保证向后兼容和共存，802.11ac在可能的情况下重用802.11n技术规格。例如，802.11ac采用与11n一样的物理层OFDM调制(正交频分多路复用)，并保持相同的编码和交错式架构。不过，为了满足性能目标，做了一些必要的修改并提供新的11ac特性。表3所示为与802.11n相比，802.11ac引入的大量新特性(粗体突出显示)。

表3：802.11ac的主要功能。

802.11ac设备物理层规定参数为80MHz带宽、64QAM 5/6和1个空分码流。采用这种配置，数据速率达到293Mbps。不过，采用所有选用参数的设备(160MHz、256QAM 5/6和8个空分码流)，数据速率可以达到6.93Gbps。

单PPDU帧格式按物理层会聚协议定义，如图2所示。为保证向后兼容，专门定义了802.11a和n设备可以接收的非VHT字段。前导码中前4个字段用于非VHT站接收。前三个字段与802.11n的字段相同，第四个字段用于确定802.11n还是802.11ac。前导码中剩余字段仅用于VHT设备。VHT-STF用来改善MIMO传输中的自动增益控制。VHT-LTF是长训练系列，为接收机提供MIMO信道预估。VHT-SIG-B提供单用户或多用户模式数据长度、调制和编码方案(MCS)信息。

图2：VHT PPDU格式。
 

生产测试面临的挑战

WLAN生产测试系统广泛安装在全球WLAN设备制造厂中。硬件平台长期以来没有大的变化，往往通过软件升级满足随着WLAN标准演进出现的新的测试要求。不过，802.11ac的新功能对测试系统提出了更高的要求，许多现有硬件平台需要升级。

802.11ac带来了大量变化，其中三个方面是生产测试设备面临的最为严峻的挑战：宽带宽、多个空分码流和高密度调制。此外，测试速度也是生产的重要要求。

1.宽带测量

802.11ac仅在5GHz免牌照频段工作。与2.4GHz频段相比，具有宽可用带宽和低干扰的优点。美国和欧洲信道分配分别如图3和图4所示，参见[4]。因此，测试需要生成并分析80MHz瞬时带宽或160MHz(可选)带宽，以及频率达5.835GHz的信号。

图3：美国信道分配。

图4：欧洲信道分配。

对于发射机测试，需要一次捕获整个信号带宽，测量信号质量、频率、功率和频谱平坦度。频谱包络测量需要分析更宽的带宽(如802.11ac 80MHz为240MHz)。这可以采用频谱拼接技术，以更加经济的方法来实现。这种技术可以捕获信号的多个快照，按频域进行拼接，显示整个带宽。

对于接收机测试，需要生成全带宽信号波形模拟被测设备(DUT)。这种方法可以测试多种操作模式的接收灵敏度。

现有及今后推出的Aeroflex PXI 3000系列射频模块支持宽带信号分析，并可以生成6GHz频率，便于满足802.11ac带宽和频率要求。我们的802.11ac解决方案可通过软件升级，是802.11ac测试的理想平台。

2.多输入多输出(MIMO)

MIMO是在发射机和接收机上采用多个天线，通过先进的数字信号处理提高通信性能。这种方法采用独立发射/接收链，既可以提高链路可靠性，也可以提高数据速率。IEEE在802.11n中引入MIMO，将802.11ac的支持能力扩展到8个空分码流和多用户MIMO(MU-MIMO)。相对于单用户MIMO，MU-MIMO可以同时端接多个用户同一频段往来传输的收/发信号，如图5所示。

图5：单用户与多用户MIMO举例。

在研发环境下，MIMO开发一般需要测试设备利用多径信道仿真，对不同MIMO节点的多个码流进行编/解码。而在生产环境下，由于设备设计认证已在研发阶段完成，因此测试重点转移到射频组件校准和设备质量确认。生产环境下MIMO测试还应优化速度和成本。目前采用的一种方法是单独测试MIMO收发器的射频路径。一般是通过开关矩阵依次对每个MIMO路径进行测试，以进一步节省测试设备的成本，因为只需要一个测试收发器信道，如图6所示。这种方法足以满足MIMO生产要求，合理兼顾性能与成本。

图6：MIMO生产测试系统实例。