新技术应对5G WiFi测试挑战

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


为了满足以上这些需要，IEEE内部设立了两个项目工作组，以"极高吞吐量（Very High Throughput）"为目标进行立项研究。其中一个工作组 （Working Group） TGac是以802.11n标准为基础并进行扩展，制定出802.11ac，即在5GHz的频段上，数据吞吐量目标为：在单通道链路上的最低速率为500 Mb/s，最高可达到1Gbps。另一个工作组 TGad与无线千兆比特联盟（Wireless Gigabit Alliance）联合提出802.11ad的标准，即在60GHz的频段上使用大约2 GHz频谱带宽，这一尚未使用的频段可以在近距离范围内实现高达7 Gbps 的传输速率。（60GHz频率的载波穿透能力差，信号衰减严重，传输距离与覆盖范围都受到限制）。另外还有与现有设备的兼容性，在相同频段上与现有标准的后向兼容都是标准组织"必须"考虑的问题。802.11系列标准的目标之一就是后向兼容，对于802.11ac和ad来说主要考虑媒介控制层（MAC）或数据链路层与之前的标准的兼容性，而不同的只能是物理层上的特性。 （如图1）。 对于WLAN的设备可以支持三种无线制式：一般用途的使用在2.4GHz频段，但会受到同频干扰的问题；更稳定和较高速率的应用在5 GHz频段，使用60GHz频段用于室内的超高速率的应用，同时还能支持在这三种制式之间的转换。这两个新的标准目前都有技术草案。802.11ad的标准计划于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。不管怎样，预计依照这些草案标准而设计的产品都会先于最终标准在市场上出现。

由于这两个标准分别基于5GHz 和60 GHz，将会体现在物理层的属性完全不同，所以，本片文章主要是针对802.11ac进行介绍。

802.11ac与802.11n的技术区别

802.11ac的物理层是对802.11n标准的延续，而且要满足后向兼容。下面我们来着重探讨一下在802.11ac上的变化。表2列出802.11n的物理层的主要特点，表3则列出了在802.11ac上主要扩展的方面。理论上说802.11n在使用了40MHz带宽和4个空间流可以达到最高600 Mbps的数据速率，尽管目前很多无线设备只能支持2路空间流。对于802.11ac来说，理论上使用160 MHz带宽，8个空间流，MCS9编码，256QAM调制，最高速率能达到6.93 Gbps。而真正可以使用的数据速率大概是1.56 Gbps。

表2，IEEE802.11n 主要特性


表3， IEEE802.11ac 的主要特性(黑体字是ac新增加的)


如图1.所示，这是在美国地区针对新宽带信道需求的一个频谱的图，其中也包括了一个80+80MHz的非连续带宽的模式。主要原因是从5490 MHz到5730 MHz的这段频谱中有一部分已经被气象雷达占用，为了避免相互的干扰，只能选用不连续的两个80 MHz带宽组合成160 MHz的带宽。这两种情况都被列入标准中作为可选项。


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。