详解802.11ac技术特点

详解802.11ac技术特点

来源：莱特波特公司供稿

[导读] 802.11ac 代表了无线通信系统一个主要的技术演进，本文为你解读该项新技术的突出特点。

关键词：802.11acMIMOWLAN

802.11ac 代表了无线通信系统一个主要的技术演进。802.11ac设备采用了与802.11n 一样的OFDM（正交频分复用）调制原理，但却使用了更大的信道带宽，更高的调制模式，更多的空间数据流，以及增强的MIMO技术以获得更高的数据吞吐量。该项新技术的特点在于：

·工作在5GHz的频段上

802.11ac设备只在5GHz频带中工作，这意味着用来测试802.11ac设备的任何测试设备都必须支持5 GHz频带。更重要的是，802.11ac芯片组还支持2.4GHz频带，并支持使用802.11a/b/g/n等以前的WLAN标准，以提供向后兼容性。由于5GHz频带包含更多信道（将近1GHz频谱）并且每个标准都有各自独有的需要验证的调制速率和特性，所以这往往会增加测试时间。

·支持更高的信道带宽：80MHz（必选）和160MHz（可选）

a. 理解160MHz所代表的技术复杂性。

b. 160MHz带宽的形成，可以是两个连续的80M+80M频带组成，也可以是间隔开来的80M+80M的非连续频带组成。为什么会有非连续的频带出现，主要是考虑到一些国家的频谱资源分配情况。比如，对于一台在美国使用的设备，第一个80 MHz信道可能是5210MHz，第二个80MHz信道则可能是5775MHz——间隔565MHz。

c. 而支持这种非连续信道配置可为芯片供应商提供最大灵活性，使他们开发出的单芯片组可以在提供一个或多个80MHz信道的国家或地区使用。但非连续信道的测试却给测试设备带来了另一个挑战，因为两个80 MHz信道可以在频率上相隔很远。

d. 测试设备的单个矢量信号分析仪（VSA）无法测量两个信道同时传输，除非它有

645MHz（565MHz+80MHz）以上的瞬时带宽。要想测试设备既具有能够进行这种测量所需的足够动态范围（由模数转换器位分辨率决定）和足够高的采样速率（1.3 GHz以上），又有比较高的成本效益，这是不可能的。

莱特波特的方案是使用并行VSA以不同的信道中心频率同时捕获两种信号。这样就可以通过更高动态范围的模数转换器实现成本更低、灵活性更高的解决方案，从而获得更优的信号测量特性，同时在更低的采样速率下工作，进而优化成本。IQXel平台是业界首个802.11ac 生产测试解决方案，该平台可测试802.11ac 80MHz及160MHz。

·新的调制编码方式

a. 10个编码调制方式（MCS0-9）VS支持最多达到77种编码方式（802.11n）。

b. 最大调制方式支持到256QAM（可选）。

1. 256QAM调制方案的更高符号密度对噪声的耐受能力不如64 QAM，必须测量更加严格的EVM指标——80

2.11ac中256QAM调制方案的EVM指标为-32dB。为了满足改进的EVM指标，测试设备需要更好的噪声性能，因为噪声性能由热噪声和相位噪声决定。相位噪声性能尤其重要，因为802.11ac的工作频率为5GHz，而相位噪声往往会随着频率的增加而增加，因此与在2.4GHz频率下测试802.11n信号相比，在5GHz频率下测试802.11ac信号时，测试设备具有更高性能是至关重要的。

2. IQXel平台提供802.11ac中256QAM调制所需的高性能EVM测量能力。

·和802.11a和802.11n保持兼容和共存

·支持更多的空间流传输：8 VS 4（802.11n）

a. 无线视频正迅速地驱动MIMO系统进入平板电脑和其他移动平台，并正把WLAN系统的性能推向一个新高度，用户也期待基于WLAN技术流畅、可靠的视频传送。WLAN以往的应用主要是基本的数据传输（电子邮件、网上冲浪、文件传输等），但是视频传送是完全不同的应用，视频传送需要低延时和稳定高速的数据速率来确保图像的流畅。当今，大量的设备正在使用802.11MIMO系统进行视频传送。典型的应用有平板电脑、笔记本电脑，甚至是智能手机与智能电视的无线连接。此外，802.11MIMO系统正日益广泛地被用于家庭影音环境，比如说：将视频内容从一部数码录像机（DVR）传输到电视机或电视机顶盒。这种传输方式的好处是能避免特殊的线路连接和复杂的安装过程。

b. 智能手机和更小型化的移动装置几乎都是单一输入与单一输出（SISO）的解决方案，这主要归因于天线空间和功耗。一个MIMO系统想要正常工作，各天线上的信号就需要不相关，不相关便意味着信号的增加不能以一种信号叠加后会产生峰值的形式进行。在实际应用中，天线与天线间的隔离度需保持在6dB左右，以确保将实际系统中信号相关性控制在最低程度。这意味着天线与天线之间必须有一定的间距，而像智能手机等装置中往往没有多少空间，尤其是考虑到智能手机所必须支持的多种蜂窝通信和无线互联技术的频段时更是如此。平板电脑等较大的装置则能容纳更多的天线和更大的天线间距。截至到本文发稿时，市场上已推出几款2x2 WLAN MIMO型平板电脑，这些产品能利用MIMO技术带来的更高的数据传输可靠性和吞吐量。

c. 最后，4x4 WLAN MIMO系统也已开始出现，其初步应用瞄准了机顶盒的视频传送性能，因为机顶盒能从这种4x4 MIMO系统所提供的更好的传输可靠性和更大的数据容量中真正受益。

d. IEEE在802.11n标准中引入4×4 MIMO技术，在802.11ac标准中扩展到支持最多8×8 MIMO天线。这就要求测试设备的硬件级联要做的很好，可以灵活的支持不同组合的MIMO 测试。

e. 另外，MIMO系统除了增加天线、收发器、数字信号处理器等硬件成本和设计复杂度外，还带来了系统性能验证的挑战。MIMO性能实现的基本要求是各个通路之间信号不相关，有良好的隔离度，以及多路信号在基带和射频都有严格的时钟同步，这些要求都只有在MIMO 系统实际的工作状态下，同时观察所有的天线通路才可以验证。单路轮流发射、外置功分器或开关都无法验证系统实际的射频性能。因为需要多套矢量信号分析仪（VSA）同时分析信号，以及多套矢量信号源（VSG）同时发射信号，MIMO测试的复杂度和成本都比单收单发（SISO）系统显著高。

莱特波特公司依托WLAN测试领域丰富的行业经验，提出灵活的MIMO测试仪表配置方案。目前主流的WLAN测试仪表IQxel即可以单独使用，也可以通过简单的时钟同步和触发连接组成MIMO测试系统。IQxel160和IQxel280由于包括了两套VSA和VSG硬件资源，一台仪

表就可以进行 2×2MIMO测试。

·增强的波束成形技术（Beamforming）和多用户多输入输出（MU-MIMO）

a. 从结构和设置来分，支持802.11n标准的波束成形可分为显性波束成形和隐形波束成形两大类：显性波束成形在AP和客户端均有设置，对增加距离和链路耐用性有很大提高；隐性波束成形的好处是客户端不需要做相应的处理，在设备实现上较为简单，对增加距离和耐用性也有一定帮助。

b. 以显性波束成形的热点为例，无线局域网信号传输过程是这样开始的：基站与客户端之间需要不断地周期性握手（发送声信号，信道矩阵反馈），客户端反馈信道信息给热点，热点根据信道状态信息发送复形数据包给客户端，加强某客户端方向的强度，由此获得空间分集增益+发射阵列增益（此与发射天线数量有关）。