IEEE-802.11ac生產測試概述

/IEＥE802.1１ａｃ生產測試概述（1）2012-12-2810:48RobｉnC1１4中國通信網HYPERLINK\ｌ”coｍmmｅnt"我要評論（0)字號：T｜T８02。１1ac是由IＥEE802。１１ac工作組(TGac）提出的全新WLAN標準,其目標是提供超高速（VHT）的本地無線連接技術——峰值傳輸速率10倍于當前ＷLＡＮ８02.11nHT標準，通信帶寬最高可達160MHz(四倍于802。１１n標準),及最高8路MIＭＯ信號通路。AＤ：IＥEE80２．1１ａc是正在被集成到無線設備中的全新WLAN（無線局域網）標準。支持該標準的產品目前已面市,各生產廠商已開始進入量產階段。生產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標準和其他無線連接技術的測試儀器。本文參照技術規(guī)范草案介紹了802.11ac標準的主要生產測試項目、其用途及相關的測試方法。8０2．1１ａｃ簡介８0２。11ａｃ是由IEEE８０2。11ａｃ工作組（ＴGａc）提出的全新WLAN標準，其目標是提供超高速（VＨT）的本地無線連接技術——峰值傳輸速率10倍于當前WLＡＮ80２.１1ｎＨT標準,通信帶寬最高可達160MＨz(四倍于80２.1１n標準），及最高8路MIＭＯ信號通路。本文依據技術規(guī)范[1］，介紹了８０２。1１ａｃ設備量產所需的測試要求。生產測試需求從生產測試的角度看,必須了解WLAＮ標準的變化和演進并提前制定計劃。例如，由于通信帶寬達到80MHｚ，８０2．11ac測試設備顯然需要具有更寬的處理帶寬用以信號分析和產生而實現對被測物的測試。這正如當年802．１1n標準被引入時的情形，當時需要部署足以測試帶寬達到4０ＭＨz的測試設備。測試物理連接方案當802．１１n標準引入時,一個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)進行測試。這給生產測試工程師提出了新的挑戰(zhàn)——如何實現對多條射頻路徑進行測試，同時保持測試設備成本不變,并最大限度減小對測試時間／吞吐量的影響.802。1１ａｃ進一步擴大了這種挑戰(zhàn),但對于ＭIMO的測試需求未變，因此現有測試配置依然可用.針對８02.１１ac測試規(guī)范列出的測試項目,可采用以下測試物理連接方式：圖1:測試設備設置信號分析儀用于發(fā)射機相關測試，而信號發(fā)生器用于提供接收機測試所需的下行信號。為簡便起見,將測試設備配置為單端口形式，以一個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802．1１ａcＳIＳO（１x1）設備支持單一射頻信號鏈路的802。１1aｃMIMO（nxm）設備，對設備上的每條射頻通路進行獨立地測量(可對n個發(fā)射機依次實現測試）。如果要實現同時連接多個設備進行并行測試，則需要額外的硬件。對于模塊化測試設備平臺來說，硬件的添加和升級是十分簡便。測試計劃與802.11n測試計劃一樣，8０2。11ac的測試計劃期望包涵一系列的測試項目以對設備實際使用中的各種情形加以覆蓋。與8０2．1１n測試計劃兼容被測設備的舊有和HT兩種工作模式一樣，８02。11ａc測試計劃也具備此種后向兼容能力（技術規(guī)范中非常重要的特性所在）。面對可能出現的8０2。１1ac測試需求，測試工程師們會更傾向于這一方式。顯然,這是用于滿足新設計和新標準強制的測試需求的主要方式。例如，測試工程師可能會對至少8０ＭHz發(fā)射帶寬的信號進行頻譜模板特征的考核,在ＭCS９2５6ＱAM調制方式下檢驗調制精度，同時也以８02.11ａcMＣＳ９信號考察接收機性能。測試計劃中的具體測試項目與802.1１n的十分類似.以下是根據標準[１］得到的測試項目列表:鄰道和非鄰道抑制測試需要獨立的調制信號源提供額外的干擾信號。這些測試應在生產之前完成認證，而不是生產測試階段要考察的項目,因此本文不做進一步討論。發(fā)射機測試發(fā)射頻譜模板–22.3．１8.1頻譜模板測試是為了檢驗被測設備所發(fā)射信號的頻譜特性是否滿足規(guī)范已歸定好的相關要求，避免對其他設備造成干擾.該項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帶寬信號的相關要求：測試工程師應檢驗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斎胄盘柟β孰娖?以ｄBm/MHz表述的是允許的最大包絡值。兩種情況下的最大值被選為最終的技術規(guī)范。每次測量時，應采用100ｋHz分析帶寬和３0KHｚ觀測帶寬進行測量.圖３為MCＳ88０ＭHz信號的測量示例.圖3：頻譜模板測量最后,技術規(guī)范描述了８0＋80MＨz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80ＭHz的模板通過組合或重疊的方式構成。模板包絡門限可通過下表計算得到：圖4:相距1６0MHz的非連續(xù)頻譜模板樣例利用測試設備進行頻譜模板測量時,應提供所需的頻譜模板,測試設備根據該模板進行測量判斷，并返回合格或不合格的結果。頻譜平坦度–22。3．18。2頻譜平坦度測量每個子載波功率相對于平均功率的偏差，該測量采用BPＳK調制包。由于與待測信號帶寬相關,技術規(guī)范規(guī)定是針對每一子載波的.圖5所示為VHT數據符號某一BPＳK調制子載波ｉ上的平均星座功率Ei，ａｖg。根據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根據發(fā)射帶寬提供子載波索引。請注意，子載波點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所示為對一80MＨz信號的測量實例。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)射機頻率誤差（相對于所期望的載波頻率），一般通過對調制信號進行解調操作得到.合格標準為＜±20ppm（０。００2%），例如：當載波頻率為5500MHｚ時，其值為±２７5kＨｚ。符號時鐘頻率允差–22。3.18．４符號時鐘頻率允差考量符號時鐘頻率相對于所期望符號時鐘頻率的偏差。合格標準為＜±2０ｐpm.該測試項檢測本振源隨時間遷移產生的任何頻率變化。如果測出頻率誤差,不必重復這項測量。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制信號中心頻率處的非期望功率.這種泄漏有時會引起接收機問題.泄漏是根據ＬO(載波）所在位置不同，依三種條件加以定義的。例如，使用８0ＭHz信道發(fā)射20或4０MHz帶寬信號時，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表示數據加導頻分析帶寬為312.5ｋHｚ。發(fā)射機星座誤差–22．３。１８。5．3發(fā)射機星座誤差和發(fā)射中心頻率泄漏一起構成了對發(fā)射機調制精度的測試要求。兩者適用于所有帶寬條件.技術規(guī)范指明被測空間信號流數量應等于天線數量，同時測試設備輸入端口數也應該是與此一致的。表5以dB為單位,給出了不同MCＳ的相對星座誤差(RCE)值。測量結果不應超過與數據速率相關的值.8０2.11acMCS9最小RCE要求比８02。１1n相應項目嚴格的多，因此需要更好的設計允差和更加精確的測試設備.表5：允許的發(fā)射機星座誤差有效載荷數據是隨機的，并且至少為１6個數據OFDＭ符號長度，完成測試所需幀數不少于20。圖7和圖8所示為測試信號發(fā)生器產生的MCＳ8信號,對超過20個由16個符號有效載荷組成的幀進行測量，得到的調制精度和星座圖結果舉例.圖７：返回RCＥ的調制結果圖8：MCS8256QＡＭ星座圖接收機測試該部分涉及的所有測試結果均由被測設備本身上報得出。測試設備被要求用于提供正確的下行信號以完成這些測試項目。接下來的部分提及了對該信號產生的一些要求。信號設計/生成測試儀器廠商提供了強大的信號產生工具，以輔助客戶設計產生各種配置的WLAN信號。但一般來說,大部分芯片組和商用設備在生產過程中需要調整的特定配置參數非常少。最常見的要求是調整數據包長度和采用特定的MＡＣ地址.以下是一個典型的802．11ac下行信號配置表：MCS764QAM5/6編碼率讓我們從數據字段開始，我們需要了解對于MＣS7信號40０個字符等于多少個字節(jié)。具體字節(jié)數是依ＭCS而定的。參照表22—41[1］，對于保護間隔為800nｓ的單路數據流，單一每個OFDM符號包含1１７0比特,即146。２5個字節(jié)。那么４00個字符就是５8５00個字節(jié)。根據技術規(guī)范,數據源可以是PRBS9序列。這些參數可配置在信號設計包中（圖9)并進行相應的PPDU檢驗(圖1０):圖9：數據字段配置舉例圖10：PPDU內容舉例本圖顯示數據字段占用第３2００到第1315１9碼片空間，共1283２0個碼片。對于８０ＭHz信道帶寬、采樣率為80Ｍｓｐs的802。11acVHT信號，1個標記碼片持續(xù)時間為0．0125us。每個OFDＭ符號為4us，因此每個符號包含320個碼片。這樣,可以求出400個符號為128００0個碼片，因此數據字段確定的值是正確的.事實上，一次設計和打包的長度為1個字符（3２0個碼片）。一般的要求是使用廣播MAC標頭配置ＷＬAＮ信號。參考IEEE802。1１20０７［2］,圖１1(表７-1）給出了信標(廣播模式）的設置方法，其對應于圖１2（圖7-2）[2］的內容圖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(Beａｃoｎ)狀態(tài),以在幀控制字段內實現對子字段的定義。只需使用最少的有效比特位，直接向幀控制字段填入“０0000”，即可非常輕松地完成。以下信號設計包中顯示了這種配置方法:圖13:廣播模式MAC標頭配置示例通過選擇并配置所需的其他參數,可以打包生成所需信號用于接收機的回放測試。接收機最小輸入靈敏度–22。3．1９．1最小輸入靈敏度測試是檢驗接收機成功解調8０2．11ac信號能力的重要驗證測試項目。對于長度為40９6字節(jié)的PSDU，誤包率(ＰＥR)應低于10％.下表顯示了要達到的門限電平值:表6：接收機最小輸入電平靈敏度技術規(guī)范建議使用409６個字節(jié)。以MCS７為例，在８00ns保護間隔條件下，每個OFDＭ符號含有11７０個比特，即14６.２5個字節(jié).那么4096個字節(jié)就是２８個字符。而對于MCS９，這個值恰好為21個字符。接收機最大輸入電平-22．３．19。4與最低靈敏度測試相反，這項測試用于保證被測設備在天線饋入較高功率電平時依然能實現正確接收。技術規(guī)范要求該測試可以使用任意MCS編碼方式，但測試信號長度應為4096個PSDＵ字節(jié),并且接收功率必須高于-３０dＢm。同樣,此測試的門限也是誤包率低于１0%。802。11ac測試準備就緒對帶寬為８0ＭＨz信號的產生與分析是目前８02．1１ac測試的最低需求，而未來對8０＋８０MHz和160MＨz兩種信號方案的支持需求也是潛在存在的。目前僅有少數幾家測試儀器廠商能夠支持80ＭHz帶寬8０2。11aｃ信號相關測試,其中就包括AeroflexPＸI3０00模塊化ＲF測試平臺。該平臺已是當前各WLAＮ和蜂窩無線通信技術設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。11ac80MHz測試能力,只需添加軟件選件，而無需任何硬件的改變。制造商在測試其設備時不可能僅關心8０2.11ac一種技術。實際上，ＷＬAＮ很可能只是作為一種配套技術出現在最終產品上，,這方面手機就是一個明顯的例子。早期的WＬAN測試設備往往僅局限于WLＡN相關測試.隨著時間的推移，當新的芯片組整合進更多的無線技術后，如Ｂluetｏｏｔｈ、ＧPS、FM和WiMＡX等，這些技術與WLＡN的測試要求一起被提了出來。因此，一款測試設備可同