深入分析802.11ac技术及生产测试面临的挑战

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 5 GHz 免牌照频段工作。与 2.4 GHz 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。因此，测试需要生成并分析 80MHz 瞬时带宽或160MHz （可选） 带宽，频率达 5.835 GHz 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，并可生成 6 GHz 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，既可提高链路可靠性，也可提高数据速率。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

　　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

　　3.高密度调制

　　802.11ac 规定 OFDM 模式采用 256QAM 调制方式。256QAM 调制密度是过去 WLAN 标准最高密度调制方式 64QAM 的四倍。高速率传输所需传输信号质量高于以前 WLAN 调制编码方案。表4列出各种 802.11ac 调制方式的误差向量幅度 （EVM） 或接收星座图误差 （RCE） 要求。无论信号带宽多大，这种要求是一样的。　

　　表4： 802.11ac 的 EVM 要求

　　如图7所示，EVM 特性受相位、频率和幅度误差影响。高阶调制，多点定义星座图，意味着不同符号的信号振幅存在很大差别。采用高阶调制时，信号所受非线性和相位噪声等影响会变的更加突出。

　　图7： 可视 EVM

　　为精确测量 802.11ac 信号，测试设备的残留 EVM 必须显著优于表4所示最低 EVM 要求 （即-32dB，256QAM），否则会影响产量。这要求相对于测试过去的 WLAN 标准，802.11ac 测试设备必须具有更加出色的相位噪声和线性特性。

　　Aeroflex 基于 PXI 3000 系列的 WLAN 测试解决方案优异的 EVM 特性，可轻松满足802.11ac 要求。如下表所示，这些数值反映了发射机和接收机未采用均衡情况下 （即人工生成较低测量值） 的残留 EVM。

　　表5： Aeroflex PXI 3000 平台 WLAN 测试典型残留 EVM/RCE 特性。测试结果包括接收机和发射机残留 EVM/RCE。无均衡。

　　3.测试速度

　　生产测试速度和产量是两个最重要的生产指标。802.11ac 是目前增加的一种测试设备，对于生产 WLAN 保持可接受的低价位，以及在消费电子设备中的普及具有重要意义。802.11ac 的价位必须与过去 WLAN 标准的价位相当。因此，802.11ac 测试设备在高速校准和验证设备和组件，同时保证精度和可靠性的基础上达到可观的产量是十分重要的。

Aeroflex 3000 系列 PXI 模块化 RF 测试平台满足测试速度和重复性要求。这是通过产品大量创新设计实现的，包括快速准确的硬件切换、优化软件架构、流水线技术，以及测试序列化进一步提高设备利用率。表