应对IEEE 802.11ac生产测试挑战

802.11是电气和电子工程师协会(IEEE)制定的无线局域网(WLAN)系列标准，主要用于2.4和5GHz免牌照频段本地无线通信。802.11系列标准得到国际广泛认可，并在WiFi联盟支持下日益普及。该协会是促进WLAN技术和802.11标准产品认证的行业组织。

802.11标准包括物理层和介质访问控制(MAC)协议。自首次发布以来，物理层做了大量重要补充和修订，而大部分MAC基本功能保持不变。802.11标准经过多年发展，满足各种WLAN要求，Hiert and co.在[1]中做了详细总结。WLAN设备往往基于采用的物理层版本说明其功能。常见版本包括802.11b、802.11a、802.11g，以及最近发布的802.11n。802.11最新版本是IEEE 802.11-2009，其中包括802.11n[3]。

由于回程(如xDSL、光纤)传输速度提高，以及高清(HD)内容流和即时文件传输等需要高数据速率应用的出现，IEEE发布了两个新方案(802.11ac和802.11ad)提高最大数据速率，显著高于802.11n。表1概括了802.11物理层标准。本案重点介绍802.11ac。

表1：IEEE 802.11物理层标准对比。

802.11ac也称为甚高吞吐量(VHT)，它是802.11n的继任标准，后者称为高吞吐量(HT)。与WLAN的演进过程一样，802.11ac全面向后兼容以前的标准。802.11ac任务组TGac于2008年成立，开始开发802.11ac，修订IEEE 802.11-2009。这个标准预计2012年年底完成，2013年802.11工作组结束审批[7]。

本文介绍最新制定的802.11ac，分析此类设备的生产测试要求。内容分为以下几部分：802.11ac使用模式、性能目标、物理层简介和生产环境下面临的测试挑战。

802.11ac使用模式

如表2所示，IEEE确定了大量需要千兆吞吐量的应用，并随之定义了六种使用模式(参见[5])。这是802.11ac制定的基础。使用模式中以数字家庭为重点。事实上，由于802.11ac支持高数据速率，家庭环境中可以并行运行多种高带宽应用(如高清视频流、即时文件传输、零延迟互联网浏览等，如图1所示)。

表2：802.11ac使用模式。

图1：数字家庭环境下的802.11ac应用。

由于可以更加快速地传输数据，802.11ac还具有能效方面的显著优点。802.11ac芯片能效优于基于前代标准的芯片。这是智能手机等电池供电设备的重要要求。用户可以极大地降低WLAN功耗，从而支持新的应用功能和使用环境，如蜂窝IP数据卸载。

802.11ac性能目标

为支持新应用和未来试验设备，Tgac定义了802.11ac的三种主要性能和功能要求[6]：

1.系统性能：802.11ac可以实现最大单站吞吐量和多站总计吞吐量，分别达到500Mbps和1Gbps以上。这是MAC数据服务接入点的测量结果，5GHz频段通道带宽不大于80MHz。由于数据速率要求针对MAC而不是物理层，因此必须考虑MAC效率，不能仅仅提高物理层数据速率。

2.向后兼容：802.11ac修订标准向后兼容工作在5GHz频段的802.11a和802.11n设备。

3.共存：802.11ac修订标准具有802.11ac与802.11a/n设备之间的共存机制。

有必要指出，802.11ac仅需向后兼容并与802.11a和802.11n共存。这是因为802.11ac设备实际上仅在5GHz频段工作。

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