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Wi-Fi 7測試方興未艾 量測軟體扮演成功關鍵
 

【作者: Andrew Herrera】   2024年05月26日 星期日

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由於我們日常活動均高度依賴無線解決方案,若失去了無線網路,這世界便幾乎無法正常運轉。無論是工作、上學或日常通訊,無線連接無所不在地為世界提供動能。這項技術的躍進連帶推動了其他技術、研究和創新理念的發展。無線裝置無疑是讓各種技術在這不斷變化世界中大步邁進的重要驅動力。


高效能無線解決方案如 5G 和 Wi-Fi 5相繼問世,有些產業甚至開始使用 802.11ax(Wi-Fi 6)。6G、IEEE 802.11be 和 Wi-Fi 7 等無線解決方案的演進步伐未曾停歇。從前幾代無線標準的經驗來看,部分人士認為效能提升後,符合法規要求的可行性也會隨之升高,然而事實證明並非如此。


無線解決方案的效能確實變得更高,但業界若未做足準備,符合法規要求將成一大挑戰。為了提供高效能的無線解決方案,業者須確保他們使用卓越產品進行測試,以符合新標準和法規的要求。Wi-Fi 7 也不例外。接下來本文將介紹該標準的新特性、這些新規則帶來的無線信號挑戰,以及哪些類型的測試軟體有助於克服這些挑戰。


802.11 的演進史

802.11b、802.11g 和 802.11a 是早期的無線區域網路(WLAN)標準。相較於1997年發布的原始 802.11 標準,它們能支援更高的傳輸速率。透過整合最新技術,無線技術的發展突飛猛進以滿足新應用對更高資料速率的要求,因此隨之發布的新標準旨在提升頻譜利用率、傳輸速率和使用者體驗。


最新的 802.11ax WLAN 標準是 802.11ac 的演進版,可顯著提高效率、容量和覆蓋範圍,以提供更佳的使用者體驗,特別在體育館、機場和購物中心等密集部署的室內和室外情境。不同於802.11ac,802.11ax 可在 2.4、5 和 6 GHz 頻段中運作,它採用正交分頻多重存取(OFDMA)等技術來建構區塊以提高效率;透過 8x8 多使用者、多輸入和多輸出(MU-MIMO)提高容量;並利用上行鏈路排程提高容量、效率和更好的使用者體驗。 其他技術,例如1024正交振幅調變(QAM),則著重於提升傳輸速率。


802.11be 的新特性

802.11ax標準是802.11ac的演進版, 可顯著提高效率、容量和覆蓋範圍,以提供更佳的使用者體驗,特別在體育館、機場和購物中心等情境。

雖然 802.11be 仍處於早期發展階段,但前景可期。許多新功能可顯著提升傳輸速率,並支援即時應用。該標準的特色包括擁有 320 MHz 的傳輸頻寬、採用 4096 QAM 調變,及提供具更多空間串流的 MIMO 增強特性。和 802.11ax 一樣,802.11be 也可在 2.4、5 和 6 GHz 頻段中運作。這些新功能大幅改善了前一代的限制。


新的WLAN裝置可相容於相同頻段運作的舊式 IEEE 802.11 設備,且兩者可共存。圖表一比較了 802.11n、ac、ax 和 be 的主要實體層(PHY)技術。



圖一 :   802.11n、802.11ac、802.11ax 和 802.11be 的實體層(PHY)比較
圖一 : 802.11n、802.11ac、802.11ax 和 802.11be 的實體層(PHY)比較

802.11be 的法規挑戰

然而,隨著新特性(例如向下相容性、共存和 4096 QAM 調變)不斷問世,?符合法規標準,信號測試將是一大挑戰。


以 4096 QAM 調變為例, 與前代 802.11ax 標準相比,802.11be 的 QAM 調變誤差向量振幅(EVM)要求更嚴格,多了 3 dB(從 802.11ax 的 -35 dB,提高為 802.11be 的 -38 dB)。當 EVM 要求升高,雜訊、功率放大器的非線性度、相位雜訊等誤差因素,便成為主要影響因素。 為此,業者需使用高效能信號分析測試軟體和設備以實現低 EVM 底線分析。


EVM 分析和量測是評估信號品質的關鍵指標。要以正確的 EVM 量測單一信號有一定的困難度。 然而,量測多個信號以解調和評估 EVM,並同時減少任何導致誤差的因素,是一項艱鉅的挑戰,更遑論在精準確定出現誤差的位置時。


在測試 Wi-Fi 7 等新標準時,軟體扮演著關鍵角色。隨著標準不斷演進,用於量測和測試的工具也持續地發展。 許多測試軟體正與時俱進,以協助提升無線連接效能。


信號分析測試軟體

用來進行信號分析、信號產生,甚至自動化的量測軟體提供了獨特的解決方案,讓工程師能獲得所需結果,因此選擇可因應未來需求的軟體至關重要。


如今,設計人員可利用 802.11n/ac/ax 和 802.11be 調變分析軟體進一步提升最新無線信號的優勢。許多軟體選項提供進階故障排除和評估工具套件,可因應最新標準採用的 MU-MIMO 和 OFDMA 等技術,克服分析新舊無線信號的挑戰。 802.11 標準擁有超過 75 種信號和調變類型,僅靠單一軟體就能滿足所有要求。


合適的測試軟體可讓使用者深入探索信號的每一個面向,進一步最佳化先進設計。這些軟體協助工程師降低設計評估複雜度,以便針對不同特性進行取捨。


從過往歷史來看,無線標準的改善和效能提升不曾放緩,深入了解法規要求並選擇合適的軟體是成功的關鍵。下列將說明 Wi-Fi 7 新的 4096 QAM 調變需求。


在 OFDM 系統中,相位雜訊是導致 EVM 問題的主因。利用向量信號分析軟體,使用者可透過相位雜訊頻譜軌跡的 OFDM 通道,在執行 802.11be 解調量測時分析相位雜訊。此方法可評估發射信號的信號品質和誤差向量值。信號分析軟體還可針對所有無線標準格式,記錄誤差向量頻譜、誤差向量時間、通用導頻誤差(common pilot error)和通道頻率響應等參數。


透過圖二的分析軟體可協助工程師查看無限數量的同步軌跡,並同時顯示 EVM 與頻率或時間的關聯性、等化器通道頻率響應、通用導頻誤差及相位雜訊頻譜。



圖二 : 具有相位雜訊追蹤和其他量測功能的 EVM 分析軟體。
圖二 : 具有相位雜訊追蹤和其他量測功能的 EVM 分析軟體。

該軟體還可根據新的 MIMO 規範進行量測,例如調變品質量測,因為 IEEE 802.11 標準要求使用頻譜放射遮罩(SEM),以測量無線頻段中的干擾。 該軟體提供 SEM 量測功能,也可快速設定 802.11be 40 MHz(共用)、160 MHz 和 320 MHz 頻寬。


進行無線連接測試,特別是 Wi-Fi 7 測試時,軟體解決方案是重要的診斷工具。 該軟體還能支援更進階的測試功能,例如交互關聯 EVM(ccEVM),以改善 EVM 效能。


ccEVM 是一種可擴充接收器動態範圍的技術,它使用兩個接收器分別擷取並解調相同的信號,以實現最佳的 EVM 效能。它還可找出各種誤差向量的交互關聯性,以消除來自接收器的不相關雜訊,進而大幅降低 EVM。此方法可讓 ccEVM 值包含來自待測裝置的雜訊,若是裝置為放大器,則包含來自信號源和待測裝置的雜訊。


圖三是使用ccEVM軟體的範例。 在此範例中,工程師使用一個信號產生器和兩個信號接收器,以及 ccEVM,將 802.11be WLAN 信號的 EVM 改善了 6 dB。



圖三 : 將EVM結果(視窗A)與個別接收器的EVM結果(視窗B和C)進行交互關聯性比對。
圖三 : 將EVM結果(視窗A)與個別接收器的EVM結果(視窗B和C)進行交互關聯性比對。

結語

該軟體為無線連接測試帶來的好處遠不止此篇文章所介紹的。由此可見,軟體是協助工程師成功測試 Wi-Fi 7 和任何新無線標準的關鍵。而現代社會的日常生活皆離不開無線裝置。


高效能解決方案可簡化測試和評估流程,進而確保無線裝置符合法規要求。利用量測軟體,工程師可分析、測試並解決無線連接的棘手問題。


(本文由Keysight是德科技提供;作者Andrew Herrera為是德科技射頻測試軟體產品行銷經理)


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