5G WiFi 新一代无线测试的挑战

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

802.11ac对设计和测量的挑战

802.11ac的一些新的特性使得测试这些产品出现新的挑战，256QAM技术要求在接收和发射电路中有良好的矢量误差（EVM）,在星座图测量中要求也更为复杂、精确。矢量信号分析设备，安捷伦89600 VSA软件提供了详细分析802.11 ac信号矢量信号的分析，以便洞察其信号出错情况，做出更好的调整和更改，同时还支持4x4的MIMO测量。

另一个测量挑战出现在测量数字预失真（DPD），为了改善失真，需要产生和测量占用带宽高出3-5倍带宽范围内的功率放大器的线性特征。安捷伦SystemVue W1716 DPD Builder软件能够提供一个自动数字线性失真设计测试应用。该软件产生一个激励波形，下载到信号源，信号源产生的信号通过功率放大器后使用信号分析仪接受放大后的信号，并将信号解调出来，传输给测试电脑，软件通过对比激励波形和接收到的波形判断失真情况，从而达到测量和分析功能。如下图：

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谱特性和EVM的80MHz的信号。使用Agilent N5182A MXG或者E4438C ESG信号发生器就能满足以上需求。

要产生160MHz的信号，则要利用一个宽带的任意波形发射器（AWG），如Agilent 81180A, M8190A, 或者M9330A，利用它们产生模拟的I/Q信号，送到一个具有外部I/Q输入端的矢量信号发生器，如Agilent MXG, ESG 或者E8267D PSG 进行上变频，然后通过RF频率发射出来。同样，利用这种方式也可以产生80+80 MHz的信号，即在两个MXG或ESG里分别生成两个80 MHz的信号，然后在合并在一起成为一个160MHz带宽的RF信号。

而对于160MHz带宽的信号分析，则可以使用Agilent 89600 VSA软件配合Agilent N9030A PXA信号分析仪，M9392A PXI微波矢量分析模块，M9202A PXI Digitizer，或者Agilent 示波器这些硬件前端进行分析。M9392A可以分析的信号带宽达到250 MHz， 而M9020A可以达到800MHz。 示波器可分析的信号带宽则更宽，可以达到1GHz以上。这些宽带分析仪能够满足数字预失真的测试应用，也就是通常意义上要求的测试信号的带宽是被测信号带宽的3到5倍。

对于MIMO设计的测试检验也是另一挑战。MIMO功能性的优劣取决于对802.11设备的设计功能要求。多信道信号的产生和分析有助于更加深入地了解MIMO设备的内在性能，并且可以帮助设计工程师进行故障查找和设计检验等。

对于MIMO接收机的测试， Agilent 的SystemVue WLAN 仿真库和信号波形产生软件（Signal Studio） 都可以产生MIMO信号。在硬件平台上，可以同步多台Agilent MXG或者ESG信号源仿真MIMO发射机输出多通道的信号。信道衰落的作用也可以包含在波形文件里，进行仿真并提供给接收天线。对于MIMO发射机的测试，可以使用Agilent的Infiniium 或者Infiniivisiion 示波器配合89600B VSA分析软件，可以分析多达4个信道的MIMO信号，具体包括每个信道的EVM和IQ测量结果，以及交叉矩阵，如频率响应和信道特性等。Agilent 还提供了基于PXI系统的模块化测试仪，包括M9392A PXI微波矢量测试模与M9202A数字处理模块和下变频模块可以处理分析高达1GHz分析带宽信号。