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IEEE 802.11ac生產(chǎn)測試概述(1)2012-12-28 10:48 Robin C114中國通信網(wǎng) 我要評論(0) 字號：T | T802.11ac是由IEEE 802.11ac工作組(TGac)提出的全新WLAN標準，其目標是提供超高速(VHT)的本地無線連接技術(shù)峰值傳輸速率10倍于當前WLAN 802.11n HT標準，通信帶寬最高可達160MHz(四倍于802.11n標準)，及最高8路MIMO信號通路。AD： IEEE 802.11ac 是正在被集成到無線設(shè)備中的全新 WLAN (無線局域網(wǎng)) 標準。支持該標準的產(chǎn)品目前已面市，各生產(chǎn)廠商已開始進入量產(chǎn)階段。生產(chǎn)測試工程師需要既能夠支持 新的802.11ac 測試規(guī)范，又可以兼容已有各WLAN標準 和其他無線連接技術(shù)的測試儀器。本文參照技術(shù)規(guī)范草案介紹 了802.11ac 標準的主要生產(chǎn)測試項目、其用途及相關(guān)的測試方法。802.11ac 簡介802.11ac 是 由IEEE 802.11ac 工作組 (TGac) 提出的全新WLAN標準，其目標是提供超高速(VHT)的本地無線連接技術(shù)峰值傳輸速率10倍于當前WLAN 802.11n HT標準，通信帶寬最高可達160MHz(四倍于802.11n標準)，及最高8路MIMO信號通路。本文依據(jù)技術(shù)規(guī)范1，介紹了802.11ac設(shè)備量產(chǎn)所需的測試要求。生產(chǎn)測試需求從生產(chǎn)測試的角度看，必須了解 WLAN 標準的變化和演進并提前制定計劃。例如，由于通信帶寬達到80 MHz ，802.11ac 測試設(shè)備顯然需要具有更寬的處理帶寬用以信號分析和產(chǎn)生而實現(xiàn)對被測物的測試。這正如當年 802.11n標準被引入時的情形，當時需要部署足以測試帶寬達到40 MHz 的測試設(shè)備。測試物理連接方案當 802.11n 標準引入時，一個重要的問題是如何搭建測試系統(tǒng)以對由多天線組成的MIMO系統(tǒng)進行測試。這給生產(chǎn)測試工程師提出了新的挑戰(zhàn)如何實現(xiàn)對多條射頻路徑進行測試，同時保持測試設(shè)備成本不變，并最大限度減小對測試時間/吞吐量的影響。802.11ac 進一步擴大了這種挑戰(zhàn)，但對于MIMO 的測試需求未變，因此現(xiàn)有測試配置依然可用。針對 802.11ac測試規(guī)范列出的測試項目，可采用以下測試物理連接方式：圖1: 測試設(shè)備設(shè)置信號分析儀用于發(fā)射機相關(guān)測試，而信號發(fā)生器用于提供接收機測試所需的下行信號。為簡便起見，將測試設(shè)備配置為單端口形式，以一個 RF 端口 (TX/RX)與被測物相連。該配置可完成對如下任意場景的測試：支持單一射頻信號鏈路的802.11ac SISO(1x1) 設(shè)備支持單一射頻信號鏈路的802.11ac MIMO (nxm)設(shè)備，對設(shè)備上的每條射頻通路進行獨立地測量(可對n個發(fā)射機依次實現(xiàn)測試)。如果要實現(xiàn)同時連接多個設(shè)備進行并行測試，則需要額外的硬件。對于模塊化測試設(shè)備平臺來說，硬件的添加和升級是十分簡便。測試計劃與 802.11n 測試計劃一樣，802.11ac的 測試計劃期望包涵一系列的測試項目以對設(shè)備實際使用中的各種情形加以覆蓋。與 802.11n 測試計劃兼容被測設(shè)備的舊有和 HT兩種 工作模式一樣，802.11ac測試計劃也具備此種后向兼容能力 (技術(shù)規(guī)范中非常重要的特性所在)。面對可能出現(xiàn)的802.11ac測試需求，測試工程師們會更傾向于這一方式。顯然，這是用于滿足新設(shè)計和新標準強制的測試需求的主要方式。例如，測試工程師可能會對至少 80 MHz發(fā)射帶寬的信號進行頻譜模板特征的考核，在MCS 9256 QAM 調(diào)制方式下檢驗調(diào)制精度，同時也以802.11ac MCS 9 信號考察接收機性能。測試計劃中的 具體測試項目與 802.11n的 十分類似。以下是根據(jù)標準1得到的測試項目列表： 鄰道和非鄰道抑制測試需要獨立的調(diào)制信號源提供額外的干擾信號。這些測試應在生產(chǎn)之前完成認證，而不是生產(chǎn)測試階段要考察的項目，因此本文不做進一步討論。發(fā)射機測試發(fā)射頻譜模板 22.3.18.1頻譜模板測試是為了檢驗被測設(shè)備所發(fā)射信號的頻譜特性是否滿足規(guī)范已歸定好的相關(guān)要求，避免對其他設(shè)備造成干擾。該項目一般在被測物處于最大發(fā)射功率狀態(tài)下加以測試。接下來的圖表歸納了針對各個帶寬信號的相關(guān)要求： 測試工程師應檢驗信號頻譜是否符合上述 以dBr表示的頻譜模板要求，這些值均是相對于信號的最大頻譜密度而言的?；蛘吒鶕?jù)輸入信號功率電平， 以dBm/MHz表述的 是允許的最大包絡值。兩種情況下的最大值被選為最終的技術(shù)規(guī)范。每次測量時，應采用 100 kHz 分析帶寬和 30 KHz 觀測帶寬進行測量。圖 3為 MCS 8 80 MHz 信號的測量示例。 圖3: 頻譜模板測量最后，技術(shù)規(guī)范描述了80 + 80 MHz 非連續(xù)頻譜模式的測量步驟，這是 802.11ac 的新特性。其頻譜模板由兩個 80 MHz 的模板通過組合或重疊的方式構(gòu)成。模板包絡門限可通過下表計算得到： 圖4: 相距 160 MHz 的非連續(xù)頻譜模板樣例 利用測試設(shè)備進行頻譜模板測量時，應提供所需的頻譜模板，測試設(shè)備根據(jù)該模板進行測量判斷，并返回 合格或不合格的結(jié)果。頻譜平坦度 22.3.18.2頻譜平坦度測量每個子載波功率相對于平均功率的偏差，該測量采用 BPSK 調(diào)制包。由于與待測信號帶寬相關(guān)，技術(shù)規(guī)范規(guī)定是針對每一子載波的。圖5所示為VHT 數(shù)據(jù)符號某一BPSK 調(diào)制子載波i 上的平均星座功率Ei,avg 。根據(jù)相對于子載波頻率所處區(qū)域的不同，中心區(qū)域 (-B 至 B)或外圍區(qū)域 (-B 至 C 與 B 至 C)，模板門限在不同情況下(以紅線顯示)，分為4dB 或 +4/-6dB兩種情況。表 3根據(jù)發(fā)射帶寬提供子載波索引。請注意，子載波 點B代表外圍區(qū)域起始處 (含)： 圖5: 頻譜平坦度測試規(guī)范表3: 基于發(fā)射帶寬的頻譜平坦度子載波索引 圖 6所示為對一 80 MHz 信號的測量實例。圖6: 頻譜平坦度測量 發(fā)射中心頻率允差 22.3.18.3該測試考查發(fā)射機頻率誤差 (相對于所期望的載波頻率)，一般通過對調(diào)制信號進行解調(diào)操作得到。合格標準為 20 ppm (0.002%)，例如：當載波頻率為5500 MHz時，其值為 275 kHz。符號時鐘頻率允差 22.3.18.4符號時鐘頻率允差考量符號時鐘頻率相對于所期望符號時鐘頻率的偏差。合格標準為 20 ppm。該測試項檢測本振源隨時間遷移產(chǎn)生的任何頻率變化。如果測出頻率誤差，不必重復這項測量。發(fā)射中心頻率泄漏 22.3.18.5.2發(fā)射中心頻率泄漏測試被用于檢測位于調(diào)制信號中心頻率處的非期望功率。這種泄漏有時會引起接收機問題。泄漏是根據(jù) LO (載波)所在 位置不同，依三種條件加以定義的。例如，使用80 MHz 信道發(fā)射20 或 40 MHz帶寬信號時，LO 信號將不在傳輸帶寬的中心位置。表4: 發(fā)射中心頻率泄漏測試條件與門限 PT = 總發(fā)射功率， N 表示數(shù)據(jù)加導頻分析帶寬為 312.5 kHz。發(fā)射機星座誤差 22.3.18.5.3發(fā)射機星座誤差和發(fā)射中心頻率泄漏一起構(gòu)成了對發(fā)射機調(diào)制精度的測試要求。兩者適用于所有帶寬條件。技術(shù)規(guī)范指明被測空間信號流數(shù)量應等于天線數(shù)量，同時測試設(shè)備輸入端口數(shù)也應該是與此一致的。表 5以 dB為單位，給出了不同 MCS 的相對星座誤差 (RCE)值。測量結(jié)果不應超過與數(shù)據(jù)速率相關(guān)的值。802.11ac MCS 9 最小 RCE 要求比 802.11n 相應項目嚴格的多，因此需要更好的設(shè)計允差和更加精確的測試設(shè)備。 表5: 允許的發(fā)射機星座誤差有效載荷數(shù)據(jù)是隨機的，并且至少為16個數(shù)據(jù) OFDM 符號長度，完成測試所需幀數(shù)不少于20。圖 7和圖8所示為測試信號發(fā)生器產(chǎn)生的 MCS 8信號，對超過20個由16個符號有效載荷組成的幀進行測量，得到的調(diào)制精度和星座圖結(jié)果舉例。 圖7: 返回RCE的調(diào)制結(jié)果 圖8: MCS 8 256 QAM 星座圖接收機測試該部分涉及的所有測試結(jié)果均由被測設(shè)備本身上報得出。測試設(shè)備被要求用于提供正確的下行信號以完成這些測試項目。接下來的部分提及了對該信號產(chǎn)生的一些要求。信號設(shè)計/生成測試儀器廠商提供了強大的信號產(chǎn)生工具，以輔助客戶設(shè)計產(chǎn)生各種配置的WLAN 信號。但一般來說，大部分芯片組和商用設(shè)備在生產(chǎn)過程中需要調(diào)整的特定配置參數(shù)非常少。最常見的要求是調(diào)整數(shù)據(jù)包長度和采用特定的 MAC 地址。以下是 一個典型的802.11ac下行信號配置表：MCS7 64 QAM 5/6 編碼率 讓我們從數(shù)據(jù)字段開始，我們需要了解 對于 MCS 7信號400 個字符等于多少個字節(jié)。具體字節(jié)數(shù)是依MCS 而定的。參照表 22-41 1，對于保護間隔為800 ns的 單路數(shù)據(jù)流，單一每個 OFDM 符號包含 1170 比特，即146.25個字節(jié)。那么400個字符就是58500個字節(jié)。根據(jù)技術(shù)規(guī)范，數(shù)據(jù)源可以是 PRBS9序列。這些參數(shù)可配置在信號設(shè)計包中 (圖 9) 并進行相應的 PPDU 檢驗 (圖10)： 圖9: 數(shù)據(jù)字段配置舉例 圖10: PPDU 內(nèi)容舉例本圖顯示數(shù)據(jù)字段占用第3200到第 131519碼片空間，共128320個碼片。對于 80 MHz 信道帶寬、采樣率為 80 Msps 的 802.11ac VHT 信號，1個標記碼片持續(xù)時間為 0.0125 us。每個OFDM 符號為 4 us，因此每個符號包含320個碼片。這樣，可以求出400個符號為128000個碼片，因此數(shù)據(jù)字段確定的值是正確的。事實上，一次設(shè)計和打包的長度為 1個字符 (320個碼片)。一般的要求是使用廣播 MAC 標頭配置 WLAN 信號。參考IEEE 802.11 2007 2，圖 11 (表7-1)給出了信標 (廣播模式) 的設(shè)置方法，其對應于 圖 12 (圖7-2) 2的內(nèi)容 圖11: 有效類型與子類型組合 圖12: 幀控制字段如表所示 b4 到 b7 比特位需配置為信標(Beacon)狀態(tài)，以在幀控制字段內(nèi)實現(xiàn)對子字段的定義。只需使用最少的有效比特位，直接向幀控制字段填入 “0000000100000000”， 即可非常輕松地完成。以下信號設(shè)計包中顯示了這種配置方法： 圖13: 廣播模式 MAC 標頭配置示例通過選擇并配置所需的其他參數(shù)，可以打包生成所需信號用于接收機的回放測試。接收機最小輸入靈敏度 22.3.19.1最小輸入靈敏度測試是檢驗接收機成功解調(diào) 802.11ac 信號能力的重要驗證測試項目。對于長度為4096字節(jié)的PSDU，誤包率 (PER) 應低于 10%。下表顯示了要達到的門限電平值：表6: 接收機最小輸入電平靈敏度 技術(shù)規(guī)范建議使用4096個字節(jié)。以MCS 7為例，在800 ns 保護間隔條件下，每個 OFDM 符號含有1170個比特，即146.25個字節(jié)。那么4096個字節(jié)就是28個字符。而對于 MCS9，這個值恰好為21個字符。接收機最大輸入電平 - 22.3.19.4與最低靈敏度測試相反，這項測試用于保證被測設(shè)備在天線饋入較高功率電平時依然能實現(xiàn)正確接收。技術(shù)規(guī)范要求該測試可以使用任意MCS編碼方式，但測試信號長度應為4096個PSDU字節(jié)，并且接收功率必須高于 -30 dBm。同樣，此測試的門限也是誤包率低于10%。802.11ac 測試準備就緒對帶寬為80 MHz信號的產(chǎn)生與分析是目前802.11ac測試的最低需求，而未來對80 + 80 MHz 和 160 MHz兩種信號方案的支持需求也是潛在存在的。目前僅有少數(shù)幾家測試儀器廠商能夠支持 80 MHz帶寬802.11ac信號相關(guān)測試，其中就包括Aeroflex PXI3000 模塊化RF測試平臺。該平臺已是當前各WLAN 和蜂窩無線通信技術(shù)設(shè)備的成熟測試解決方案。已采用 Aeroflex 模塊化測試儀器的客戶，由 802.11n 升級到 802.11ac 80MHz 測試能力，只需添加軟件選件，而無需任何硬件的改變。制造商在測試其設(shè)備時不可能僅關(guān)心802.11ac一種技術(shù)。實際上，WLAN很可能只是作為一種配套技術(shù)出現(xiàn)在最終產(chǎn)品上，這方面手機就是一個明顯的例子。早期的 WLAN 測試設(shè)備往往僅局限于 WLAN相關(guān) 測試。隨著時間的推移，當新的芯片組整合進更多的無線技術(shù)后，如Bluetooth、GPS、FM 和 WiMAX 等，這些技術(shù)與WLAN的測試要求一起被提了出來。因此，一款測試設(shè)備可同時