应对5G WiFi新一代无线测试的挑战

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2.4 GHz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，在802.11n标准中引入的MIMO （即多输入-多输出，或空间数据流）技术，利用物理上完全分离的最多4个发射和4个接收天线，对不同数据进行不同的调制/解调，来达到传输较高的数据容量的目的。

在表1中例举出了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。

表1，新型WLAN应用模式

图1. IEEE 802.11 ac在美国地区的频带分布

802.11ac对于20和40 MHz带宽的定义与802.11n是一致，即子载波和导频数和它们的位置都不变，这也是这两种标准相兼容所必须的条件。对于802.11ac标准中新的内容，不管是80MHz，160MHz还是80+80 MHz，与80 MHz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。802.11n和802.11ac的帧结构如下图 （图2）。

图2. 802.11n 与802.11ac的帧结构的对比

从这两个帧结构里可以看到，最前面的3个部分：短码部分(short training field-STF),长码部分(long training field-LTF)和信号部分(signal field-SIG) 是用来兼容现有标准的（即802.11a/b/g/n），也就是它们都有一个开头字母L，代表的Legacy的含义。第四个部份VHT-SIG-A第一个码字是BPSK调制信号，而第二个码字则旋转了90°，为QBPSK，用来区分HT 和VHT模式。在802.11ac中的VHT-STF用来改善在MIMO传输中的自动增益控制。紧跟在VHT-STF后面的是VHT-LTF，即长训练序列，它为接收机提供了在发射天线和接收天线之间进行MIMO预估信道测算的比特。根据空分码流的总数可以分为1,2,4,6 或者8 个VHT-LTF。在802.11ac中，1， 2 或者4个VHT-LTF进行直接映射，又增加了6或者8个VHT-LTF用于最大8 个空分码流的应用。VHT-SIG-B描述了所要传输的数据长度、调制方式和编码方式(即MCS)是单个用户还是多用户的模式。

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，要了解最新的802.11ac的规范，请访问IEEE 的网站www.ieee802.org， 针对发射机的测试规范请参见章节22.3.19， 针对接收机的规范可参见章节22.3.20. 除此之外，还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。

表4， 802.11ac的发射机和接收机的测试要求

图3. 数字预失真构建的系统配置图

图4. 数字预失真的实例

图4显示了一个802.11ac 80MHz信号经过预失真的实例。绿色波形是发射的激励信号，蓝色波形是没有经过预失真处理的从功放输出的信号，而红色波形是经过预失真的结果。

设计和研发中更具挑战的是如何能产生和分析802.11ac这样更宽的信号。尤其在考虑器件测量、发射机测量和接收机测量时，常常用到80MHz 和160MHz的宽带信号。

由于许多RF信号发生器并不具有足够高的采样率，要达到最低2倍过采样的基本要求，在产生80MHz带宽信号时，由于混叠现象会在信号上产生"鬼影"。然而，采用合适的滤波器和对波形文件进行过采样这项技术，就能够产生具有良好频