應對5G WiFi新一代無線測試的挑戰(zhàn)

被業(yè)界認為是第五代WiFi的802.11ac正在呼之欲出，它與之前的WiFi標準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）推行之初被普遍認可的兩個國際標準是IEEE802.11a和802.11b。最初設計這些標準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的，即不需要授權的。為了盡量減少來自其它同頻設備的干擾，這兩個標準都采用了擴頻傳輸技術和比較復雜的編碼技術。2003年， IEEE（美國電氣及電子工程師學會）頒布了802.11g，依舊工作在2.4 GHz頻段，但是數(shù)據(jù)速率可以達到54 Mbps。與此同時，一種新的應用模式即在家庭和小型辦公室里可連接多個設備并在設備間進行數(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目應運而生，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標準中引入的MIMO （即多輸入-多輸出，或空間數(shù)據(jù)流）技術，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)進行不同的調(diào)制/解調(diào)，來達到傳輸較高的數(shù)據(jù)容量的目的。

在表1中例舉出了當前一些比較超前的應用模式，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應用模式

為了滿足以上這些需要，IEEE內(nèi)部設立了兩個項目工作組，以“極高吞吐量（Very High Throughput）”為目標進行立項研究。其中一個工作組 （Working Group） TGac是以802.11n標準為基礎并進行擴展，制定出802.11ac，即在5GHz的頻段上，數(shù)據(jù)吞吐量目標為：在單通道鏈路上的最低速率為500 Mb/s，最高可達到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的標準，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)實現(xiàn)高達7 Gbps 的傳輸速率。（60GHz頻率的載波穿透能力差，信號衰減嚴重，傳輸距離與覆蓋范圍都受到限制）。另外還有與現(xiàn)有設備的兼容性，在相同頻段上與現(xiàn)有標準的后向兼容都是標準組織“必須”考慮的問題。802.11系列標準的目標之一就是后向兼容，對于802.11ac和ad來說主要考慮媒介控制層（MAC）或數(shù)據(jù)鏈路層與之前的標準的兼容性，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)定和較高速率的應用在5 GHz頻段，使用60GHz頻段用于室內(nèi)的超高速率的應用，同時還能支持在這三種制式之間的轉(zhuǎn)換。這兩個新的標準目前都有技術草案。802.11ad的標準計劃于2012年底完成，而208.11ac于2013年底完成。不管怎樣，預計依照這些草案標準而設計的產(chǎn)品都會先于最終標準在市場上出現(xiàn)。

由于這兩個標準分別基于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進行介紹。
802.11ac與802.11n的技術區(qū)別

802.11ac的物理層是對802.11n標準的延續(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，表3則列出了在802.11ac上主要擴展的方面。理論上說802.11n在使用了40MHz帶寬和4個空間流可以達到最高600 Mbps的數(shù)據(jù)速率，盡管目前很多無線設備只能支持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