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(biāo)準(zhǔn)。支持該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品目前已面市，各生產(chǎn)廠商已開始進(jìn)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(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)的主要生產(chǎn)測試項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是提供超高速(VHT)的本地?zé)o線連接技術(shù)——峰值傳輸速率10倍于當(dāng)前WLAN 802.11n HT標(biāo)準(zhǔn)，通信帶寬最高可達(dá)160MHz(四倍于802.11n標(biāo)準(zhǔn))，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(biāo)準(zhǔn)的變化和演進(jìn)并提前制定計(jì)劃。例如，由于通信帶寬達(dá)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(shí)現(xiàn)對被測物的測試。這正如當(dāng)年 802.11n標(biāo)準(zhǔn)被引入時(shí)的情形，當(dāng)時(shí)需要部署足以測試帶寬達(dá)到40 MHz 的測試設(shè)備。

測試物理連接方案

當(dāng) 802.11n 標(biāo)準(zhǔn)引入時(shí)，一個(gè)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(jìn)行測試。這給生產(chǎn)測試工程師提出了新的挑戰(zhàn)——如何實(shí)現(xiàn)對多條射頻路徑進(jìn)行測試，同時(shí)保持測試設(shè)備成本不變，并最大限度減小對測試時(shí)間/吞吐量的影響。

802.11ac 進(jìn)一步擴(kuò)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(xiàng)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(jī)相關(guān)測試，而信號發(fā)生器用于提供接收機(jī)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(gè) 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(jìn)行獨(dú)立地測量(可對n個(gè)發(fā)射機(jī)依次實(shí)現(xiàn)測試)。

如果要實(shí)現(xiàn)同時(shí)連接多個(gè)設(shè)備進(jìn)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(jì)劃

與 802.11n 測試計(jì)劃一樣，802.11ac的 測試計(jì)劃期望包涵一系列的測試項(xiàng)目以對設(shè)備實(shí)際使用中的各種情形加以覆蓋。與 802.11n 測試計(jì)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(jì)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(huì)更傾向于這一方式。

顯然，這是用于滿足新設(shè)計(jì)和新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制的測試需求的主要方式。例如，測試工程師可能會(huì)對至少 80 MHz發(fā)射帶寬的信號進(jìn)行頻譜模板特征的考核，在MCS 9256 QAM 調(diào)制方式下檢驗(yàn)調(diào)制精度，同時(shí)也以802.11ac MCS 9 信號考察接收機(jī)性能。

測試計(jì)劃中的 具體測試項(xiàng)目與 802.11n的 十分類似。以下是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]得到的測試項(xiàng)目列表： 

鄰道和非鄰道抑制測試需要獨(dú)立的調(diào)制信號源提供額外的干擾信號。這些測試應(yīng)在生產(chǎn)之前完成認(rèn)證，而不是生產(chǎn)測試階段要考察的項(xiàng)目，因此本文不做進(jìn)一步討論。

#p#

發(fā)射機(jī)測試

發(fā)射頻譜模板 – 22.3.18.1

頻譜模板測試是為了檢驗(yàn)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(xiàng)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(gè)帶寬信號的相關(guān)要求： 

測試工程師應(yīng)檢驗(yàn)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(luò)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(shí)，應(yīng)采用 100 kHz 分析帶寬和 30 KHz 觀測帶寬進(jìn)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(gè) 80 MHz 的模板通過組合或重疊的方式構(gòu)成。模板包絡(luò)門限可通過下表計(jì)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(jìn)行頻譜模板測量時(shí)，應(yīng)提供所需的頻譜模板，測試設(shè)備根據(jù)該模板進(jìn)行測量判斷，并返回 合格或不合格的結(jié)果。

#p#

頻譜平坦度 – 22.3.18.2

頻譜平坦度測量每個(gè)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(diǎn)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(shí)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(jī)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(jìn)行解調(diào)操作得到。合格標(biāo)準(zhǔn)為 <±20 ppm (0.002%)，例如：當(dāng)載波頻率為5500 MHz時(shí)，其值為 ±275 kHz。

符號時(shí)鐘頻率允差 – 22.3.18.4

符號時(shí)鐘頻率允差考量符號時(shí)鐘頻率相對于所期望符號時(shí)鐘頻率的偏差。合格標(biāo)準(zhǔn)為 <±20 ppm。該測試項(xiàng)檢測本振源隨時(shí)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(fù)這項(xiàng)測量。

#p#

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(shí)會(huì)引起接收機(jī)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(shí)，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(dǎo)頻

分析帶寬為 312.5 kHz。

發(fā)射機(jī)星座誤差 – 22.3.18.5.3

發(fā)射機(jī)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(jī)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(yīng)等于天線數(shù)量，同時(shí)測試設(shè)備輸入端口數(shù)也應(yīng)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(yīng)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(yīng)項(xiàng)目嚴(yán)格的多，因此需要更好的設(shè)計(jì)允差和更加精確的測試設(shè)備。 

表5: 允許的發(fā)射機(jī)星座誤差

有效載荷數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，并且至少為16個(gè)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(gè)由16個(gè)符號有效載荷組成的幀進(jìn)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(jī)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(bào)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(xiàng)目。接下來的部分提及了對該信號產(chǎn)生的一些要求。

#p#

信號設(shè)計(jì)/生成

測試儀器廠商提供了強(qiáng)大的信號產(chǎn)生工具，以輔助客戶設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)字符等于多少個(gè)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(hù)間隔為800 ns的 單路數(shù)據(jù)流，單一每個(gè) OFDM 符號包含 1170 比特，即146.25個(gè)字節(jié)。那么400個(gè)字符就是58500個(gè)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(jì)包中 (圖 9) 并進(jìn)行相應(yīng)的 PPDU 檢驗(yàn) (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(gè)碼片。對于 80 MHz 信道帶寬、采樣率為 80 Msps 的 802.11ac VHT 信號，1個(gè)標(biāo)記碼片持續(xù)時(shí)間為 0.0125 us。每個(gè)OFDM 符號為 4 us，因此每個(gè)符號包含320個(gè)碼片。這樣，可以求出400個(gè)符號為128000個(gè)碼片，因此數(shù)據(jù)字段確定的值是正確的。事實(shí)上，一次設(shè)計(jì)和打包的長度為 1個(gè)字符 (320個(gè)碼片)。

一般的要求是使用廣播 MAC 標(biāo)頭配置 WLAN 信號。參考IEEE 802.11 2007 [2]，圖 11 (表7-1)給出了信標(biāo) (廣播模式) 的設(shè)置方法，其對應(yīng)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(biāo)(Beacon)狀態(tài)，以在幀控制字段內(nèi)實(shí)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(jì)包中顯示了這種配置方法： 

圖13: 廣播模式 MAC 標(biāo)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(jī)的回放測試。

#p#

接收機(jī)最小輸入靈敏度 – 22.3.19.1

最小輸入靈敏度測試是檢驗(yàn)接收機(jī)成功解調(diào) 802.11ac 信號能力的重要驗(yàn)證測試項(xiàng)目。對于長度為4096字節(jié)的PSDU，誤包率 (PER) 應(yīng)低于 10%。下表顯示了要達(dá)到的門限電平值：

技術(shù)規(guī)范建議使用4096個(gè)字節(jié)。以MCS 7為例，在800 ns 保護(hù)間隔條件下，每個(gè) OFDM 符號含有1170個(gè)比特，即146.25個(gè)字節(jié)。那么4096個(gè)字節(jié)就是28個(gè)字符。而對于 MCS9，這個(gè)值恰好為21個(gè)字符。

接收機(jī)最大輸入電平 - 22.3.19.4

與最低靈敏度測試相反，這項(xiàng)測試用于保證被測設(shè)備在天線饋入較高功率電平時(shí)依然能實(shí)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(yīng)為4096個(gè)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(zhǔn)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(dāng)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(shí)不可能僅關(guān)心802.11ac一種技術(shù)。實(shí)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(jī)就是一個(gè)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(shí)間的推移，當(dāng)新的芯片組整合進(jìn)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(shí)支持已有 WLAN技術(shù) 和其他無線連接標(biāo)準(zhǔn)及各種蜂窩通信制式，將成為制造商們的理想投資方案。將 RF 測試集中到單一的測試工位，同時(shí)使用單款測試儀器完成所有 相關(guān) 測試，已成為制造廠商們的一種趨勢 – 這是首選解決方案。

一個(gè)開放的、標(biāo)準(zhǔn)模塊化的軟硬件測試平臺還將給制造商帶來更多好處，特別是當(dāng)需要將 RF 測試功能與其他測試設(shè)備集成到單一、低成本、緊湊、靈活的 ATE 平臺的時(shí)候。

使用相應(yīng)測試設(shè)備時(shí)，測試工程師需要掌握新的 802.11ac 相關(guān)測試需求，以了解應(yīng)該部署什么樣的測試計(jì)劃、如何設(shè)置各個(gè)測試項(xiàng)目以及如何利用測試設(shè)備完成這些測試。