應(yīng)對5G WiFi新一代無線測試的挑戰(zhàn)
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被業(yè)界認(rèn)為是第五代WiFi的802.11ac正在呼之欲出，它與之前的WiFi標(biāo)準(zhǔn)制式有哪些方面的不同，為什么會被業(yè)界如此看好，讓我們先來了解一下WiFi和WLAN的歷史。
無線局域網(wǎng)（WLAN）推行之初被普遍認(rèn)可的兩個國際標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11a和802.11b。最初設(shè)計這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是為滿足便攜式電腦在家和辦公室環(huán)境中可隨意移動的要求。隨后，在一些機(jī)場、酒店、咖啡屋和購物廣場也開始允許通過無線接入（商業(yè)命名為Wi-Fi），隨時隨地上網(wǎng)、查詢電子郵件等，擴(kuò)展了無線寬帶的功能。雖然無線寬帶連接的數(shù)據(jù)速度曾經(jīng)很有限，例如，802.11a在5 GHz頻段可提供的最高速率是54 Mbps，而 802.11b在2.4 GHz只有11 Mbps，但這兩個頻段都是免費(fèi)的，即不需要授權(quán)的。為了盡量減少來自其它同頻設(shè)備的干擾，這兩個標(biāo)準(zhǔn)都采用了擴(kuò)頻傳輸技術(shù)和比較復(fù)雜的編碼技術(shù)。2003年， IEEE（美國電氣及電子工程師學(xué)會）頒布了802.11g，依舊工作在2.4 GHz頻段，但是數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到54 Mbps。與此同時，一種新的應(yīng)用模式即在家庭和小型辦公室里可連接多個設(shè)備并在設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，對無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提出更高要求，從而使得一個新的研究項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，這就是于2009公布的802.11n的由來。為了使單信道的數(shù)據(jù)速率最高可以超過100 Mbps，在802.11n標(biāo)準(zhǔn)中引入的MIMO （即多輸入-多輸出，或空間數(shù)據(jù)流）技術(shù)，利用物理上完全分離的最多4個發(fā)射和4個接收天線，對不同數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的調(diào)制/解調(diào)，來達(dá)到傳輸較高的數(shù)據(jù)容量的目的。
在表1中例舉出了當(dāng)前一些比較超前的應(yīng)用模式，這些模式需要更高的數(shù)據(jù)傳輸量來支持“無線辦公”的要求。
表1，新型WLAN應(yīng)用模式
種類 | 使用模式 |
無線顯示 | ·臺式機(jī)的存儲和顯示 ·會議室或禮堂電視或投影儀連接 ·室內(nèi)游戲 ·攝像機(jī)到顯示器的媒體播放 ·專業(yè)高清電視播放顯示 |
分布式高清電視 | ·家庭內(nèi)視頻傳播 ·大型運(yùn)輸設(shè)備內(nèi)部應(yīng)用（如飛機(jī)，輪船等） ·辦公室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò) ·遠(yuǎn)程醫(yī)療 |
快速上傳和下載 | ·快速文件傳輸/同步 ·圖像瀏覽 ·飛機(jī)?？繒r相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸（如旅客名單，油量，餐食等等） ·向移動設(shè)備下載電影 ·警用監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸 |
回程(Backhaul) | ·多媒體網(wǎng)絡(luò)回程傳輸 ·點(diǎn)對點(diǎn)的回程傳輸 |
室外廣場或室內(nèi)禮堂 | ·室外的視頻演示/室內(nèi)禮堂的遠(yuǎn)程視頻（遠(yuǎn)地視頻）傳輸 ·公共安全網(wǎng)絡(luò) |
制造平臺 | ·自動化測試 |
為了滿足以上這些需要，IEEE內(nèi)部設(shè)立了兩個項(xiàng)目工作組，以“極高吞吐量（Very High Throughput）”為目標(biāo)進(jìn)行立項(xiàng)研究。其中一個工作組 （Working Group） TGac是以802.11n標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)并進(jìn)行擴(kuò)展，制定出802.11ac，即在5GHz的頻段上，數(shù)據(jù)吞吐量目標(biāo)為：在單通道鏈路上的最低速率為500 Mb/s，最高可達(dá)到1Gbps。另一個工作組 TGad與無線千兆比特聯(lián)盟（Wireless Gigabit Alliance）聯(lián)合提出802.11ad的標(biāo)準(zhǔn)，即在60GHz的頻段上使用大約2 GHz頻譜帶寬，這一尚未使用的頻段可以在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá)7 Gbps 的傳輸速率。（60GHz頻率的載波穿透能力差，信號衰減嚴(yán)重，傳輸距離與覆蓋范圍都受到限制）。另外還有與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，在相同頻段上與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的后向兼容都是標(biāo)準(zhǔn)組織“必須”考慮的問題。802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)之一就是后向兼容，對于802.11ac和ad來說主要考慮媒介控制層（MAC）或數(shù)據(jù)鏈路層與之前的標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，而不同的只能是物理層上的特性。 （如圖1）。 對于WLAN的設(shè)備可以支持三種無線制式：一般用途的使用在2.4GHz頻段，但會受到同頻干擾的問題；更穩(wěn)定和較高速率的應(yīng)用在5 GHz頻段，使用60GHz頻段用于室內(nèi)的超高速率的應(yīng)用，同時還能支持在這三種制式之間的轉(zhuǎn)換。這兩個新的標(biāo)準(zhǔn)目前都有技術(shù)草案。802.11ad的標(biāo)準(zhǔn)計劃于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。不管怎樣，預(yù)計依照這些草案標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的產(chǎn)品都會先于最終標(biāo)準(zhǔn)在市場上出現(xiàn)。
由于這兩個標(biāo)準(zhǔn)分別基于5GHz 和60 GHz，將會體現(xiàn)在物理層的屬性完全不同，所以，本片文章主要是針對802.11ac進(jìn)行介紹。
802.11ac與802.11n的技術(shù)區(qū)別
802.11ac的物理層是對802.11n標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)，而且要滿足后向兼容。下面我們來著重探討一下在802.11ac上的變化。表2列出802.11n的物理層的主要特點(diǎn)，表3則列出了在802.11ac上主要擴(kuò)展的方面。理論上說802.11n在使用了40MHz帶寬和4個空間流可以達(dá)到最高600 Mbps的數(shù)據(jù)速率，盡管目前很多無線設(shè)備只能支持2路空間流。對于802.11ac來說，理論上使用160 MHz帶寬，8個空間流，MCS9編碼，256QAM調(diào)制，最高速率能達(dá)到6.93 Gbps。而真正可以使用的數(shù)據(jù)速率大概是1.56 Gbps。
表2，IEEE802.11n 主要特性
特征 | 必選項(xiàng) | 可選項(xiàng) |
傳輸方式 | OFDM | |
信道帶寬 | 20MHz | 40MHz |
FFT大小 | 64 | 128 |
數(shù)據(jù)子載波/導(dǎo)頻個數(shù) | 52/4 | 108/6 |
子載波間隔 | 312.5kHz | |
OFDM符號持續(xù)時間 | 4us（800ns保護(hù)間隔） | 3.6us(短保護(hù)間隔) |
調(diào)制方式 | BPSK，QPSK,16QAM，64QAM | |
前向糾錯編碼 | 二進(jìn)制卷積編碼（BCC） | 低密度奇偶校驗(yàn)編碼（LDPC） |
編碼速率 | 1/2,2/3,3/4,5/6 | |
MCS支持 | 0到7，0到15用于接入點(diǎn) | 8到76，16到76用于接入點(diǎn) |
空間流和 MIMO | 1,2用于接入點(diǎn) 直接映射 | 3或4， 發(fā)射波束賦形，時空塊編碼 |
運(yùn)行模式/PPDU格式 | HT/non-HT(802.11a/b/g)/ MixedHT-mixed(802.11a/b/g/n) | Greenfield/HT-Greenfield(僅802.11n) |
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