802.11是電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）制定的無線局域網(wǎng)（WLAN）系列標準，主要用于2.4和5GHz免牌照頻段本地無線通信。802.11系列標準得到國際廣泛認可，并在WiFi聯(lián)盟支持下日益普及。該協(xié)會是促進WLAN技術(shù)和802.11標準產(chǎn)品的行業(yè)組織。

　　802.11標準包括物理層和介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議。自首次發(fā)布以來，物理層做了大量重要補充和修訂，而大部分MAC基本功能保持不變。802.11標準經(jīng)過多年發(fā)展，滿足各種WLAN要求，Hiert and co.在中做了詳細總結(jié)。WLAN設備往往基于采用的物理層版本說明其功能。常見版本包括802.11b、802.11a、802.11g,以及近發(fā)布的802.11n.802.11版本是IEEE 802.11-2009,其中包括802.11n。

　　由于回程（如xDSL、光纖）傳輸速度提高，以及高清（HD）內(nèi)容流和即時文件傳輸?shù)刃枰邤?shù)據(jù)速率應用的出現(xiàn)，IEEE發(fā)布了兩個新方案（802.11ac和802.11ad）提高數(shù)據(jù)速率，顯著高于802.11n.表1概括了802.11物理層標準。本案重點介紹802.11ac.

　　802.11ac也稱為甚高吞吐量（VHT），它是802.11n的繼任標準，后者稱為高吞吐量（HT）。與WLAN的演進過程一樣，802.11ac全面向后兼容以前的標準。802.11ac任務組TGac于2008年成立，開始開發(fā)802.11ac,修訂IEEE 802.11-2009.這個標準預計2012年年底完成，2013年802.11工作組結(jié)束審批[7].

　　本文介紹制定的802.11ac,分析此類設備的生產(chǎn)測試要求。內(nèi)容分為以下幾部分：802.11ac使用模式、性能目標、物理層簡介和生產(chǎn)環(huán)境下面臨的測試挑戰(zhàn)。

　　802.11ac使用模式

　　如表2所示，IEEE確定了大量需要千兆吞吐量的應用，并隨之定義了六種使用模式（參見[5]）。這是802.11ac制定的基礎。使用模式中以數(shù)字家庭為重點。事實上，由于802.11ac支持高數(shù)據(jù)速率，家庭環(huán)境中可以并行運行多種高帶寬應用（如高清視頻流、即時文件傳輸、零延遲互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等）。

　　由于可以更加快速地傳輸數(shù)據(jù)，802.11ac還具有能效方面的顯著優(yōu)點。802.11ac芯片能效優(yōu)于基于前代標準的芯片。這是智能手機等電池供電設備的重要要求。用戶可以極大地降低WLAN功耗，從而支持新的應用功能和使用環(huán)境，如蜂窩IP數(shù)據(jù)卸載。

　　802.11ac性能目標

　　為支持新應用和未來試驗設備，Tgac定義了802.11ac的三種主要性能和功能要求[6]:

　　1.系統(tǒng)性能：802.11ac可以實現(xiàn)單站吞吐量和多站總計吞吐量，分別達到500Mbps和1Gbps以上。這是MAC數(shù)據(jù)服務接入點的測量結(jié)果，5GHz頻段通道帶寬不大于80MHz.由于數(shù)據(jù)速率要求針對MAC而不是物理層，因此必須考慮MAC效率，不能僅僅提高物理層數(shù)據(jù)速率。

　　2.向后兼容：802.11ac修訂標準向后兼容工作在5GHz頻段的802.11a和802.11n設備。

　　3.共存：802.11ac修訂標準具有802.11ac與802.11a/n設備之間的共存機制。

　　有必要指出，802.11ac僅需向后兼容并與802.11a和802.11n共存。這是因為802.11ac設備實際上僅在5GHz頻段工作。

　　802.11ac技術(shù)細節(jié)

　　為了保證向后兼容和共存，802.11ac在可能的情況下重用802.11n技術(shù)規(guī)格。例如，802.11ac采用與11n一樣的物理層OFDM調(diào)制（正交頻分多路復用），并保持相同的編碼和交錯式架構(gòu)。不過，為了滿足性能目標，做了一些必要的修改并提供新的11ac特性。表3所示為與802.11n相比，802.11ac引入的大量新特性（粗體突出顯示）。

　　802.11ac設備物理層規(guī)定參數(shù)為80MHz帶寬、64QAM 5/6和1個空分碼流。采用這種配置，數(shù)據(jù)速率達到293Mbps.不過，采用所有選用參數(shù)的設備（160MHz、256QAM 5/6和8個空分碼流），數(shù)據(jù)速率可以達到6.93Gbps.

　　單PPDU幀格式按物理層會聚協(xié)議定義。為保證向后兼容，專門定義了802.11a和n設備可以接收的非VHT字段。前導碼中前4個字段用于非VHT站接收。前三個字段與802.11n的字段相同，第四個字段用于確定802.11n還是802.11ac.前導碼中剩余字段僅用于VHT設備。VHT-STF用來改善MIMO傳輸中的自動增益控制。VHT-LTF是長訓練系列，為接收機提供MIMO信道預估。VHT-SIG-B提供單用戶或多用戶模式數(shù)據(jù)長度、調(diào)制和編碼方案（MCS）信息。

　　生產(chǎn)測試面臨的挑戰(zhàn)

　　WLAN生產(chǎn)測試系統(tǒng)廣泛安裝在WLAN設備制造廠中。硬件平臺長期以來沒有大的變化，往往通過軟件升級滿足隨著WLAN標準演進出現(xiàn)的新的測試要求。不過，802.11ac的新功能對測試系統(tǒng)提出了更高的要求，許多現(xiàn)有硬件平臺需要升級。

　　802.11ac帶來了大量變化，其中三個方面是生產(chǎn)測試設備面臨的為嚴峻的挑戰(zhàn)：寬帶寬、多個空分碼流和高密度調(diào)制。此外，測試速度也是生產(chǎn)的重要要求。

　　1.寬帶測量

　　802.11ac僅在5GHz免牌照頻段工作。與2.4GHz頻段相比，具有寬可用帶寬和低干擾的優(yōu)點。美國和歐洲信道分配分別，參見.因此，測試需要生成并分析80MHz瞬時帶寬或160MHz（可選）帶寬，以及頻率達5.835GHz的信號。

　　對于發(fā)射機測試，需要捕獲整個信號帶寬，測量信號質(zhì)量、頻率、功率和頻譜平坦度。頻譜包絡測量需要分析更寬的帶寬（如802.11ac 80MHz為240MHz）。這可以采用頻譜拼接技術(shù)，以更加經(jīng)濟的方法來實現(xiàn)。這種技術(shù)可以捕獲信號的多個快照，按頻域進行拼接，顯示整個帶寬。

　　對于接收機測試，需要生成全帶寬信號波形模擬被測設備（DUT）。這種方法可以測試多種操作模式的接收靈敏度。

　　現(xiàn)有及今后推出的Aeroflex PXI 3000系列射頻模塊支持寬帶信號分析，并可以生成6GHz頻率，便于滿足802.11ac帶寬和頻率要求。我們的802.11ac解決方案可通過軟件升級，是802.11ac測試的理想平臺。

　　2.多輸入多輸出（MIMO）

　　MIMO是在發(fā)射機和接收機上采用多個天線，通過先進的數(shù)字信號處理提高通信性能。這種方法采用獨立發(fā)射/接收鏈，既可以提高鏈路可靠性，也可以提高數(shù)據(jù)速率。IEEE在802.11n中引入MIMO,將802.11ac的支持能力擴展到8個空分碼流和多用戶MIMO（MU-MIMO）。相對于單用戶MIMO,MU-MIMO可以同時端接多個用戶同一頻段往來傳輸?shù)氖?發(fā)信號。

　　在研發(fā)環(huán)境下，MIMO開發(fā)一般需要測試設備利用多徑信道仿真，對不同MIMO節(jié)點的多個碼流進行編/解碼。而在生產(chǎn)環(huán)境下，由于設備設計已在研發(fā)階段完成，因此測試重點轉(zhuǎn)移到射頻組件校準和設備質(zhì)量確認。生產(chǎn)環(huán)境下MIMO測試還應優(yōu)化速度和成本。目前采用的一種方法是單獨測試MIMO收發(fā)器的射頻路徑。一般是通過開關(guān)矩陣依次對每個MIMO路徑進行測試，以進一步節(jié)省測試設備的成本，因為只需要一個測試收發(fā)器信道。這種方法足以滿足MIMO生產(chǎn)要求，合理兼顧性能與成本。

　　3.高密度調(diào)制

　　802.11ac規(guī)定OFDM模式采用256QAM調(diào)制方式。256QAM調(diào)制密度是過去WLAN標準密度調(diào)制方式64QAM的四倍。高速率傳輸所需傳輸信號質(zhì)量高于以前WLAN調(diào)制編碼方案。表4列出各種802.11ac調(diào)制方式的誤差向量幅度（EVM）或接收星座圖誤差（RCE）要求。無論信號帶寬多大，這種要求都是一樣的。

　　EVM特性受相位、頻率和幅度誤差影響。高階調(diào)制、多點定義星座圖，意味著不同符號的信號振幅存在很大差別。采用高階調(diào)制時，信號所受非線性和相位噪聲等影響會變得更加突出。

　　為了測量802.11ac信號，測試設備的殘留EVM必須顯著優(yōu)于表4所示的EVM要求（即-32dB,256QAM），否則會影響產(chǎn)量。這要求相對于測試過去的WLAN標準，802.11ac測試設備必須具有更加出色的相位噪聲和線性特性。

　　Aeroflex基于PXI 3000系列的WLAN測試解決方案優(yōu)異的EVM特性，可以輕松滿足802.11ac要求。如表5所示，這些數(shù)值反映了發(fā)射機和接收機未采用均衡情況下（即人工生成較低測量值）的殘留EVM.

表5:Aeroflex PXI 3000平臺WLAN測試典型殘留EVM/RCE特性。測試結(jié)果包括接收機和發(fā)射機殘留EVM/RCE.無均衡。

　　4.測試速度

　　生產(chǎn)測試速度和產(chǎn)量是兩個重要的生產(chǎn)指標。802.11ac是目前增加的一種測試設備，對于生產(chǎn)WLAN保持可接受的低價位，以及在消費電子設備中的普及具有重要意義。802.11ac的價位必須與過去WLAN標準的價位相當。因此，802.11ac測試設備在高速校準和驗證設備和組件，同時保證和可靠性的基礎上，達到可觀的產(chǎn)量是十分重要的。

　　Aeroflex 3000系列PXI模塊化RF測試平臺滿足測試速度和重復性要求。這是通過產(chǎn)品大量創(chuàng)新設計實現(xiàn)的，包括快速準確的硬件切換、優(yōu)化軟件架構(gòu)、流水線技術(shù)，以及測試序列化進一步提高設備利用率。表6舉例說明802.11ac采用Aeroflex PXI 3000系列的測量時間。

測量時間包括捕獲、傳輸和分析。每項測試分析16個符號。測試結(jié)果是重復25次的平均值。

　　本文小結(jié)

　　802.11ac是IEEE的WLAN標準化工作，通過增加帶寬、空分碼流數(shù)量及采用先進的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，數(shù)據(jù)速率提高6倍。這項工作定位于802.11n的推廣，在2015年有望成為主流標準，預計設備出貨量將達到10億[9].這對設備測試和測量提出了嚴峻挑戰(zhàn)，特別是生產(chǎn)測試。目前，已確定了802.11ac生產(chǎn)環(huán)境面臨的四種主要測試挑戰(zhàn)：寬帶寬、MIMO、高密度調(diào)制和測試速度。

　　Aeroflex為優(yōu)化生產(chǎn)測試提供完整的WLAN解決方案。高性能、低成本PXI 3000一直享有卓著聲譽，為許多WLAN設備和RF組件制造商廣泛采用。我們的軟件基于通用PXI硬件模塊定義解決方案，有助于滿足涵蓋各種無線標準的測試需求。利用軟件選件，不僅可在同一平臺上進行WLAN測試，而且支持多標準測試。