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Wi-Fi 7测试方兴未艾 量测软体扮演成功关键
 

【作者: Andrew Herrera】2024年05月26日 星期日

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由於我们日常活动均高度依赖无线解决方案,若失去了无线网路,这世界便几??无法正常运转。无论是工作、上学或日常通讯,无线连接无所不在地为世界提供动能。这项技术的跃进连带推动了其他技术、研究和创新理念的发展。无线装置无疑是让各种技术在这不断变化世界中大步迈进的重要驱动力。


高效能无线解决方案如 5G 和 Wi-Fi 5相继问世,有些产业甚至开始使用 802.11ax(Wi-Fi 6)。6G、IEEE 802.11be 和 Wi-Fi 7 等无线解决方案的演进步伐未曾停歇。从前几代无线标准的经验来看,部分人士认为效能提升後,符合法规要求的可行性也会随之升高,然而事实证明并非如此。


无线解决方案的效能确实变得更高,但业界若未做足准备,符合法规要求将成一大挑战。为了提供高效能的无线解决方案,业者须确保他们使用卓越产品进行测试,以符合新标准和法规的要求。Wi-Fi 7 也不例外。接下来本文将介绍该标准的新特性、这些新规则带来的无线信号挑战,以及哪些类型的测试软体有助於克服这些挑战。


802.11 的演进史

802.11b、802.11g 和 802.11a 是早期的无线区域网路(WLAN)标准。相较於1997年发布的原始 802.11 标准,它们能支援更高的传输速率。透过整合最新技术,无线技术的发展突飞猛进以满足新应用对更高资料速率的要求,因此随之发布的新标准旨在提升频谱利用率、传输速率和使用者体验。


最新的 802.11ax WLAN 标准是 802.11ac 的演进版,可显着提高效率、容量和覆盖范围,以提供更隹的使用者体验,特别在体育馆、机场和购物中心等密集部署的室内和室外情境。不同於802.11ac,802.11ax 可在 2.4、5 和 6 GHz 频段中运作,它采用正交分频多重存取(OFDMA)等技术来建构区块以提高效率;透过 8x8 多使用者、多输入和多输出(MU-MIMO)提高容量;并利用上行链路排程提高容量、效率和更好的使用者体验。 其他技术,例如1024正交振幅调变(QAM),则着重於提升传输速率。


802.11be 的新特性

802.11ax标准是802.11ac的演进版, 可显着提高效率、容量和覆盖范围,以提供更隹的使用者体验,特别在体育馆、机场和购物中心等情境。

虽然 802.11be 仍处於早期发展阶段,但前景可期。许多新功能可显着提升传输速率,并支援即时应用。该标准的特色包括拥有 320 MHz 的传输频宽、采用 4096 QAM 调变,及提供具更多空间串流的 MIMO 增强特性。和 802.11ax 一样,802.11be 也可在 2.4、5 和 6 GHz 频段中运作。这些新功能大幅改善了前一代的限制。


新的WLAN装置可相容於相同频段运作的旧式 IEEE 802.11 设备,且两者可共存。图表一比较了 802.11n、ac、ax 和 be 的主要实体层(PHY)技术。



图一 :   802.11n、802.11ac、802.11ax 和 802.11be 的实体层(PHY)比较
图一 : 802.11n、802.11ac、802.11ax 和 802.11be 的实体层(PHY)比较

802.11be 的法规挑战

然而,随着新特性(例如向下相容性、共存和 4096 QAM 调变)不断问世,?符合法规标准,信号测试将是一大挑战。


以 4096 QAM 调变为例, 与前代 802.11ax 标准相比,802.11be 的 QAM 调变误差向量振幅(EVM)要求更严格,好了 3 dB(从 802.11ax 的 -35 dB,提高为 802.11be 的 -38 dB)。当 EVM 要求升高,杂讯、功率放大器的非线性度、相位杂讯等误差因素,便成为主要影响因素。 为此,业者需使用高效能信号分析测试软体和设备以实现低 EVM 底线分析。


EVM 分析和量测是评估信号品质的关键指标。要以正确的 EVM 量测单一信号有一定的困难度。 然而,量测多个信号以解调和评估 EVM,并同时减少任何导致误差的因素,是一项艰钜的挑战,更遑论在精准确定出现误差的位置时。


在测试 Wi-Fi 7 等新标准时,软体扮演着关键角色。随着标准不断演进,用於量测和测试的工具也持续地发展。 许多测试软体正与时俱进,以协助提升无线连接效能。


信号分析测试软体

用来进行信号分析、信号产生,甚至自动化的量测软体提供了独特的解决方案,让工程师能获得所需结果,因此选择可因应未来需求的软体至关重要。


如今,设计人员可利用 802.11n/ac/ax 和 802.11be 调变分析软体进一步提升最新无线信号的优势。许多软体选项提供进阶故障排除和评估工具套件,可因应最新标准采用的 MU-MIMO 和 OFDMA 等技术,克服分析新旧无线信号的挑战。 802.11 标准拥有超过 75 种信号和调变类型,仅靠单一软体就能满足所有要求。


合适的测试软体可让使用者深入探索信号的每一个面向,进一步最隹化先进设计。这些软体协助工程师降低设计评估复杂度,以便针对不同特性进行取舍。


从过往历史来看,无线标准的改善和效能提升不曾放缓,深入了解法规要求并选择合适的软体是成功的关键。下列将说明 Wi-Fi 7 新的 4096 QAM 调变需求。


在 OFDM 系统中,相位杂讯是导致 EVM 问题的主因。利用向量信号分析软体,使用者可透过相位杂讯频谱轨迹的 OFDM 通道,在执行 802.11be 解调量测时分析相位杂讯。此方法可评估发射信号的信号品质和误差向量值。信号分析软体还可针对所有无线标准格式,记录误差向量频谱、误差向量时间、通用导频误差(common pilot error)和通道频率响应等叁数。


透过图二的分析软体可协助工程师查看无限数量的同步轨迹,并同时显示 EVM 与频率或时间的关联性、等化器通道频率响应、通用导频误差及相位杂讯频谱。



图二 : 具有相位杂讯追踪和其他量测功能的 EVM 分析软体。
图二 : 具有相位杂讯追踪和其他量测功能的 EVM 分析软体。

该软体还可根据新的 MIMO 规范进行量测,例如调变品质量测,因为 IEEE 802.11 标准要求使用频谱放射遮罩(SEM),以测量无线频段中的干扰。 该软体提供 SEM 量测功能,也可快速设定 802.11be 40 MHz(共用)、160 MHz 和 320 MHz 频宽。


进行无线连接测试,特别是 Wi-Fi 7 测试时,软体解决方案是重要的诊断工具。 该软体还能支援更进阶的测试功能,例如交互关联 EVM(ccEVM),以改善 EVM 效能。


ccEVM 是一种可扩充接收器动态范围的技术,它使用两个接收器分别撷取并解调相同的信号,以实现最隹的 EVM 效能。它还可找出各种误差向量的交互关联性,以消除来自接收器的不相关杂讯,进而大幅降低 EVM。此方法可让 ccEVM 值包含来自待测装置的杂讯,若是装置为放大器,则包含来自信号源和待测装置的杂讯。


图三是使用ccEVM软体的范例。 在此范例中,工程师使用一个信号产生器和两个信号接收器,以及 ccEVM,将 802.11be WLAN 信号的 EVM 改善了 6 dB。



图三 : 将EVM结果(视窗A)与个别接收器的EVM结果(视窗B和C)进行交互关联性比对。
图三 : 将EVM结果(视窗A)与个别接收器的EVM结果(视窗B和C)进行交互关联性比对。

结语

该软体为无线连接测试带来的好处远不止此篇文章所介绍的。由此可见,软体是协助工程师成功测试 Wi-Fi 7 和任何新无线标准的关键。而现代社会的日常生活皆离不开无线装置。


高效能解决方案可简化测试和评估流程,进而确保无线装置符合法规要求。利用量测软体,工程师可分析、测试并解决无线连接的棘手问题。


(本文由Keysight是德科技提供;作者Andrew Herrera为是德科技射频测试软体产品行销经理)


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