Uploaded by 王智剑

Introduction to WLAN Measurements

advertisement
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
2
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
目錄
1.
WLAN 的歷史 ...................................................................................................................................................... 4
2.
WLAN 實體層特性 .............................................................................................................................................. 6
頻帶與通道 .......................................................................................................................................................... 6
頻寬設定 .............................................................................................................................................................. 6
關鍵的 WLAN 促成技術 .......................................................................................................................................... 8
DSSS...................................................................................................................................................................... 9
OFDM.................................................................................................................................................................... 9
MIMO .................................................................................................................................................................. 12
資料傳輸率理想值的計算方式 ............................................................................................................................. 16
WLAN 實體層量測 ..................................................................................................................................................... 19
WLAN 量測的儀器設定......................................................................................................................................... 20
3.
傳輸器量測 ........................................................................................................................................................ 21
最大傳輸功率......................................................................................................................................................... 21
平均功率 ............................................................................................................................................................ 22
峰值功率 ............................................................................................................................................................ 22
功率對時間 ........................................................................................................................................................ 23
交互功率 (MIMO) .............................................................................................................................................. 23
功率上升與下降................................................................................................................................................. 24
調變品質................................................................................................................................................................. 24
誤差向量幅度 .................................................................................................................................................... 24
頻譜量測................................................................................................................................................................. 29
頻譜遮罩 ............................................................................................................................................................ 29
DSSS 頻譜遮罩 ................................................................................................................................................... 29
OFDM、HT、VHT 頻譜遮罩 ............................................................................................................................ 29
載波抑制 (DSSS) ................................................................................................................................................ 32
中央頻率洩漏 (OFDM、HT、VHT).................................................................................................................. 33
頻譜平整度 ........................................................................................................................................................ 34
4.
3
接收器量測 ........................................................................................................................................................ 36
最小輸入靈敏度................................................................................................................................................. 36
最大輸入準位 .................................................................................................................................................... 37
鄰近通道拒斥 .................................................................................................................................................... 38
非鄰近通道拒斥................................................................................................................................................. 40
已接收通道功率指標......................................................................................................................................... 41
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
1. WLAN 的歷史
基本的「無線區域網路」(Wireless Local Area Network,WLAN) 設計採用了存取點與用戶端的概念。存取
點或路由器就等於手機網路的基地台,可做為有線主幹與無線用戶端通訊之間的橋樑。用戶端裝置包含了
桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機、電玩主機和印表機等等。
1997 年,IEEE 802.11 工作小組核准 IEEE 802.11 成為全球第一項 WLAN 標準,支援 1 Mb/s 和 2 Mb/s 的資
料傳輸率。1999 年則是核准了原始 802.11 標準的兩項重要修正案。

IEEE 802.11a-1999 也稱為 802.11a,此標準認可了使用 OFDM 技術,於 5 GHz 頻帶達到最高 54
Mb/s 的資料傳輸率。

IEEE 802.11b-1999 也稱為 802.11b,此標準認可了擴充使用直接序列展頻 (DSSS) 技術,於 2.4 GHz
未授權頻帶達到最高 11 Mb/s 的資料傳輸率。
802.11a 是 802.11g 修正案的基礎,此修正案於 2003 年發佈,採用相同的「正交分頻多工」(OFDM) 實體
層架構,但改為 2.4 GHz 頻帶。802.11a 用於 5 GHz 頻帶的進度緩慢,而且商用通道有限,所以 802.11g 應
運而生。
Wi-Fi 聯盟 (WFA) 在 1999 年成立,由業界的領導企業組成,致力於促進並提升多家廠商 IEEE 802.11 裝置
的互通性、品質與使用者體驗。這類裝置的製造商可以申請此聯盟的 Wi-Fi 認證,以便在 WLAN 裝置上使
用 Wi-Fi 標誌,如圖 1.1 所示。
圖 1.1.Wi-Fi 標誌
從 1990 年代晚期開始,IEEE 802.11 系列標準開始演變,提高資料傳輸率以滿足消費者的需求。2009 年
IEEE 802.11n 正式發佈,雖然採用草擬規格的產品早在 2006 年就已經上市了。相較於目前的 802.11a/b/g
修正案,這項標準大幅提高了資料傳輸率。IEEE 802.11n 提供更大的通道頻寬 (40 MHz vs. 20 MHz),而且
是第一項針對資料串流使用多個天線的 WLAN 標準:最高可達 4x4 多重輸入與多重輸出 (MIMO)。因此,
802.11n 把單一 20 MHz 通道的資料傳輸率理想值從 54 Mb/s 提高到 300 Mb/s,單一 40 MHz 通道則是變成
600 Mb/s。
2012 年 1 月發佈了最終版的 802.11ac 草擬修正案,其中說明根據 802.11n 而改良過的資料傳輸率。根據
802.11ac 修正案,透過高達 160 MHz 的通道頻寬、256-QAM 等更高階次的調變機制、高達 8x8 的 MIMO 設
定,資料傳輸率的理想值最高可達 6.93 Gb/s。表 1.1 概略說明了 802.11 標準的演變。
年份
1997
1
修正案
802.11
傳輸率1
2 Mb/s
目標
原始版本。根據實體層 (PHY) 於 2.4GHz ISM 頻帶提供 1 Mb/s 與 2Mb/s
列示的輸出率是可能最大值,其中包含標準未強制規定的選擇性規格。
4
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
年份
修正案
傳輸率1
1999
1999
2003
802.11a
802.11b
802.11g
54 Mb/s
11 Mb/s
54 Mb/s
2007
802.112007
802.11n
600 Mb/s
TBD
802.112012
802.11ac
針對 2.4GHz 和 5GHz 頻帶新增 MIMO 選項。最大資料傳輸率為 54 Mb/s
(強制性) 到 600 Mb/s (選擇性)。
整合 802.11 修正案與基本標準。
6.93 Gb/s
TDB
802.11ad
7 Gb/s
將 HT (802.11n) 規格擴充至 5GHz 頻帶,透過更廣的通道頻寬、更高的
密度調變、額外的 MIMO 串流,提高傳輸率。使用一組基地台,搭配選
擇性的規格,可達到 6.77 Gb/s 的傳輸率理想值。
全新標準,可於 60 GHz 頻帶提供極高的傳輸率理想值 (7 Gb/s)。
2009
2012
目標
資料傳輸率。
在 5 GHz 頻帶中加入 OFDM 架構的 PHY。
把 DSSS PHY 從 ISM 頻帶的原始標準擴充為最高 11 Mb/s。
把 802.11a 引進的 ODFM 架構 PHY (高達 54 Mb/s) 實作於 2.4GHz ISM
頻帶。
整合 802.11 修正案與基本標準。
表 1.1 WLAN 標準介紹的演變史
802.11 命名方式
雖然工程師一直都使用 802.11a/b/g/n/ac 等 IEEE 802.11 修正案來表示所使用的特定技術,但是 2012 年的
802.11 規格版本仍針對各項修正案建立了特定的命名標準。表 1.2 列出了每項技術的替代名稱。
修正案
802.11b
802.11a
802.11g
802.11n
802.11ac
修正案的替代名稱
DSSS 或 HR/DSSS
OFDM
OFDM
HT
VHT
促成技術
DSSS、CCK
OFDM
OFDM
OFDM、MIMO
OFDM、MIMO、MUMIMO
表 1.2.802.11 標準的替代名稱
如表 1.2 所示,802.11a 和 802.11g 修正案合稱為 OFDM 修正案的一部分。
5
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
2. WLAN 實體層特性
頻帶與通道
WLAN 適用於未授權的「工業、科學、醫療」(ISM) 無線電頻帶,大約是 2.4 GHz 和 5 GHz。802.11b、
802.11g、802.11n 通常會採用 2.4 GHz 頻帶,其中包含 14 個通道,從 2.412 GHz 到 2.484 GHz,如表 2.1 所
示。並非所有通道都可以用於每個區域,而且當地法規也限制了可用的通道。
通道
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
頻率
2.412 GHz
2.417 GHz
2.422 GHz
2.427 GHz
2.432 GHz
2.437 GHz
2.442 GHz
2.447 GHz
2.452 GHz
2.457 GHz
2.462 GHz
2.467 GHz
2.472 GHz
2.484 GHz
表 2.1.802.11 通道的頻率分配方式
相較之下,802.11a、802.11n、802.11ac 修正案則採用 5 GHz 頻帶,範圍是 5.15 GHz 到 5.875 GHz。WLAN
可用的 5 GHz 無線電頻帶混合了 ISM 與「無授權國家資訊基礎建設」(U-NII) 頻帶。表 2.2 顯示了 5 GHz
WLAN 頻帶。
U-NII
U-NII 低 (U-NII-1)
U-NII 中 (U-NII-2)
U-NII 全域 (U-NII-2e)
U-NII 高 (U-NII-3)
ISM
頻帶
5.15 – 5.25 GHz
5.25 – 5.35 GHz
5.47 – 5.725 GHz
5.725 – 5.825 GHz
5.725 – 5.875 GHz
表 2.2.WLAN 5 GHz 頻帶
和 2.4 GHz 頻帶類似,每個國家都設有相關法規,限制這些頻帶的供應量。因為 ISM 和 U-NII 頻帶包含了未
授權頻譜,所以在此頻帶中運作的裝置必須能夠承受其他裝置的干擾。
頻寬設定
雖然原始的 802.11 規格提供了 20 MHz 的通道頻寬,但之後的修正版本卻把通道頻寬擴充至 40 MHz、80
MHz、160 MHz,如表 2.3 所示。
6
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
PHY
DSSS
OFDM
HT
VHT
修正案
802.11 b
802.11 a/g
802.11 n
802.11 ac
運作頻帶
(GHz)
2.4
5 / 2.4
5 / 2.4
5
通道頻寬
(MHz)
20
20
20/40
20/40/80/160
最大
MIMO
N/A
N/A
4x4
8x8
最高階次調變機
制
DQPSK
64 QAM
64 QAM
256 QAM
最大傳輸率理想值
(Mb/s)
11
54
600
6933
表 2.3.802.11 修正案的頻寬設定
如表 2.3 所示,根據 802.11b 修正案的內容,DSSS 技術僅限於 2.4 GHz 頻帶使用。此外,VHT 規格僅限於 5
GHz 頻帶。
802.11n 和 802.11ac 的頻寬設定
802.11n 提供了 20 MHz 和 40 MHz 模式。802.11ac 則提供 20 MHz、40 MHz、80 MHz、80+80 MHz、160
MHz 設定。802.11ac 修正案包含了豐富的通道頻寬分配選項,如圖 2.1 所示。請注意,802.11ac 修正案僅
限於 5 GHz 頻帶,不適用於 2.4 GHz 頻帶。
圖 2.1.802.11ac 和 802.11n (僅限 20 MHz、 40 MHz) 的頻寬分配選項
802.11ac 同時提供連續與非連續的 160 MHz 頻寬設定。非連續的 160 MHz 傳輸通常稱為 80+80 模式。就
連續 160 MHz 傳輸而言,訊號架構會並置兩項 80 MHz 傳輸作業,佔用 160 MHz 的連續頻譜,如圖 2.2 所
示。
7
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 2.2.802.11ac 160 MHz 頻寬傳輸的頻譜符碼
根據圖 2.2,160 MHz 訊號的架構方式結合了兩個 80 MHz 載波。因此,每個載波可獨立完成解調變作業。
除了連續 160 MHz 頻寬模式之外,802.11ac 也可支援 80+80 非連續 160 MHz 模式。使用此頻寬選項的時
候,單一裝置即可使用任兩個 80 MHz 通道,結合兩者的傳輸頻寬為 160 MHz。選擇非連續 160 MHz 模式
的時候,可設定 80 MHz 以上的通道間隔,如圖 2.3 所示。80+80 設定的 WLAN 裝置通常會採用兩個 RF 收
發器。
圖 2.3.80+80 MHz 傳輸的 802.11ac 頻譜符碼
如果系統使用兩個收發器來支援 80+80 選項,根據預設即可支援 160 MHz 模式,因為 160 MHz 傳輸架構即
結合了兩個鄰近的 80 MHz 載波。
關鍵的 WLAN 促成技術
802.11 規格採用多種關鍵技術,因此能夠穩健地達到更高的資料傳輸率,同時合理使用頻譜。舉例來說,
DSSS 可針對 2.4 GHz 頻譜的干擾提供更出色的恢復能力,其他無線技術也採用相同作法。此外,802.11 標
準的 802.11a-1999 修改版是首先運用 OFDM 的商用無線標準之一。802.11n 修正案也是創先提供最高 4x4
MIMO 的商用標準之一。下列段落詳細說明了關鍵的 WLAN 技術,並且解釋 WLAN 的實作方式。
8
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
DSSS
當初在開發原始 (1997) 802.11 標準的時候,相關人員便考慮到有越來越多的無線標準採用 2.4 GHz 的 ISM
頻譜。因此,IEEE 802.11 委員會運用 DSSS 技術以免受到干擾。執行 DSSS 傳輸的時候,經過調變的訊號會
因為擬隨機展頻碼而倍增,接收器只能把相同的展頻碼套用至自己的訊號追蹤作業,進而完成訊號解調變。
使用展頻碼之後,就能夠有效提高所需訊號的訊號功率,並且降低未使用適當展頻碼的訊號功率。這樣一
來,因為接收器可以有效忽略干擾,即可針對窄頻與寬頻干擾保有靈活的恢復彈性。
圖 2.4. DSSS 頻域圖
1 Mb/s 和 2 Mb/s 資料傳輸率會把 11 位元的 Barker 序列做為展頻碼。5.5 Mb/s 和 11 Mb/s 資料傳輸率採用
了互補碼鍵控 (CCK),其中使用了 8 位元的展頻碼。現在 802.11b 標準也稱為 DSSS HR/DSSS。HR 是指「高
傳輸率」(High Rate),相當於 802.11b 的 5.5 Mb/s 和 11 Mb/s 資料傳輸率。
OFDM
除了少數例外之外,大部分的 WLAN 皆採用 OFDM 技術來傳輸訊號。剛開始 OFDM 屬於 802.11a 規格的一
部分,之後也成為 802.11g 規格的一部分。近期的 802.11 標準把 802.11a 和 802.11g 修正案合稱為 OFDM
規格。802.11a/g 之後,所有 802.11 標準的主要修改版本皆採用 OFDM 技術,包含 802.11n 和 802.11ac 在
內。
9
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
OFDM 傳輸的基本設計採用大量的窄頻正交子載波,可獨立並平行處理資料傳輸作業,而非使用單一個寬
頻載波。OFDM 有個特色:透過「反離散傅立葉轉換」(Inverse Discrete Fourier Transform,IDFT) 來達成
多個正交子載波的調變機制,如圖 2.5 所示。
圖 2.5.基本 OFDM 傳輸方塊圖
如圖 2.5 所示,每個子載波會獨立調變。雖然理論上 OFDM 可針對每個子載波使用獨立的調變機制 (實作於
LTE 等行動通訊標準),WLAN 傳輸卻需要針對所有子載波採用相同的調變機制。如圖 2.5 所示,完成 IDFT
之後就會插入一個「循環式前置區段」(Cyclic Prefix)。循環式前置區段可做為時域的「防護週期」(Guard
Interval),有助於把連續 OFDM 符碼之間的「符際干擾」(ISI) 降到最低,同時保有子載波之間的正交特性。
OFDM 傳輸的 IDFT 可以有效調變部分重疊子載波上的符碼。然而,並非所有的子載波都會用於資料傳輸,
如圖 2.6 所示。除了許多資料子載波之外,整個通道的「嚮導子載波」(Pilot Subcarrier) 會保持間隔。嚮導
子載波可用於同步化與通道估測。
請注意圖 2.6,通道內有些區域會禁止子載波。一般來說,這些區域稱為「空載波」(Null Carrier)。空載波
位於通道邊緣,可避免通道之間彼此干擾。值得注意的是在通道中央使用空載波。這樣一來就可以排除中
央頻率汙染同區域內 OFDM 調變的相關狀況,也就是「混波器」(Mixer) 的 LO 洩漏問題。
圖 2.6.頻域中的 OFDM 子載波
10
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
如果在 OFDM 系統內使用多個窄頻載波,可提供僅使用單一寬頻載波所沒有的優勢。其中最主要的優勢就
是減少 ISI,有助於大幅簡化通道等化的複雜度。
隨著單一載波調變機制的通道頻寬增加,符碼期間會相對減少。就行動通訊環境而言,較少的符碼期間可
能會造成大量的 ISI,因為相對於透過直接路徑抵達的訊號,多路徑反射可能會比較晚抵達接收器端。
OFDM 會使用大量的窄頻子載波,搭配相對較長的符碼期間,藉此減少寬頻通道的 ISI。如圖 2.7 所示,如
果傳輸作業的符碼期間比較長,就比較不會受到符際干擾的影響。
圖 2.7.如果傳輸作業的符碼期間較長,比較不會受到 ISI 影響
就 WLAN 傳輸而言,OFDM 子載波的符碼率比較低 (312.5 kHz),符碼期間比較長。較長的符碼期間再加上
循環式前置區段,即可減少 OFDM 傳輸作業的 ISI,效果勝過寬頻單一載波傳輸。
就 Wi-Fi 常用的 802.11 標準而言,像是 802.11a/g、802.11n 和 802.11ac,OFDM 傳輸針對所有寬頻設定皆
採用固定的符碼率 (所以子載波的間隔也是固定的)。表 2.4 顯示了透過較大型的 FFT 使用大量的子載波時,
有哪些頻寬選項的寬度。
11
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
頻寬
FFT 大小
資料子載波
嚮導子載波
20 MHz
40 MHz
80 MHz (僅限 VHT)
160 MHz (僅限 VHT)
64
128
256
512
52
108
234
468
4
6
8
16
表 2.4.HT 和 VHT PHY 的頻寬設定與 FFT
MIMO
MIMO 技術會在傳輸器與接收器使用多個天線,可說是重要的 WLAN 標準技術。MIMO 可提升無線通道通
訊的穩定性與傳輸率。MIMO 最早用於 WLAN 時,屬於 802.11n 標準的一部分,之後便擴充至 802.11ac。
802.11n 可支援單一輸入/單一輸出 (SISO) 甚至是 4x4 MIMO 等天線設定,802.11ac 則把此功能擴充至 8x8
MIMO。
因為相關成本複雜度和實體大小的限制,所以較高階的 MIMO 佈署,包含 4x4 或 8x8 在內,通常會留給存
取點使用。一般來說,手機、電腦和平板電腦等終端裝置只會採用一個天線。隨著整合技術越來越進步,
現在有很多終端裝置都採用簡易的 MIMO 設定,例如 2x2 或 3x3。
實體層
修正案
MIMO 設定
DSSS
OFDM
HT
802.11b
802.11 a/g
802.11n
SISO
SISO
SISO ~ 4x4 MIMO
802.11ac
SISO ~ 8x8 MIMO
VHT
注意事項
單一使用者 MIMO
單一使用者 MIMO
多名使用者 MIMO
表 2.5.802.11 標準的頻寬設定
如表 2.5 所示,802.11ac 修正案可支援單一使用者與多名使用者 (MU) MIMO。MU-MIMO 會根據用戶端清
單採用不同數量的空間串流,藉此讓某個存取點同時廣播至多個用戶端。
Wi-Fi 存取點和用戶端可以透過很多方式,利用 MIMO 和多天線技術。其中一個最廣為所知把 MIMO 用於
WLAN 的案例,就是使用多個空間串流提高資料傳輸率。這項技巧稱為「空間多工」(Spatial Multiplexing),
可以讓裝置同時接收或發送不同天線特有的資料串流。
MIMO 技術第二個主要用途,就是透過空間多樣提升傳輸作業的多樣或備援效能。無論是傳輸器、接收器
還是兩者同時,Wi-Fi 系統皆可透過多個天線使用較高的空間多樣。雖然在較困難的訊號傳播環境中,傳輸
器的有效訊噪比 (SNR) 增加之後,空間多樣通常可以藉此提高資料傳輸率,不過空間多樣卻無法增加空間
串流的數量。實際上,Wi-Fi 系統通常會搭配空間多工與空間多樣,同時提高資料傳輸率與系統的耐用度。
12
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
空間多工
MIMO 透過一個採用空間多工原理的機制,進而提高資料傳輸率。空間多工就是使用多個天線,同時接收
並傳輸多個資料串流,目的為同一個通道。基本概念就是接收器可以根據已知的無線環境,重建每個傳輸
串流,如圖 2.8 所示。
圖 2.8.MIMO 系統透過空間多工來提高資料傳輸率
如圖 2.8 所示,傳輸器與接收器都使用多個天線。此外,任何時候每個傳輸天線都會產生不同的符碼。每
個天線的傳輸作業會彼此干擾,如圖 2.9 所示。
圖 2.9.MIMO 通道星座圖 [2]
此外,圖 2.9 也說明了,只要在接收器一端使用精密的訊號處理 (空間解多工) 功能,即可同時恢復兩項傳
輸作業。因此,每項已傳輸的串流都可以對應至星座圖上的理想符碼。如要重建每個已傳輸串流,就要能
夠運用多個接收天線,藉此準確估測通道。
基本上,MIMO 系統的空間多工可以平行傳輸並接收多個資料串流,進一步提高資料傳輸率。一般而言,
只要把 SISO 系統的最高資料傳輸率乘以空間串流的數量,即可算出 MIMO 系統的最高資料傳輸率理想值。
13
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
舉例來說,如果某個 SISO 系統可提供 100 Mb/s 的資料傳輸率,具有 8 個空間串流的 8x8 MIMO 系統就能
夠達到 800 Mb/s 的最大資料串流率。
如果要以數學方式了解 MIMO 系統,請考慮到每個天線端所接收到的訊號即結合了每個傳輸天線。此外,
接收訊號也會受到通道特性所影響,如圖 2.10 所示。
圖 2.10.接收訊號結合了傳輸訊號與通道特性
如圖 2.10 所示,只要使用下列等式,即可以數學方式表達通道模型,請參考等式 2.1 和 2.2。
等式 2.1 和 2.2.MIMO 通道等式 [2]
xi 是傳輸至天線 i 的訊號
hij 是傳輸天線 i 到接收天線 j 的通道
yi 是接收天線 i 所接收到的訊號
ni 是接收天線 i 的附加雜訊
等式 X 和 Y 可以進一步簡化成矩陣,如等式 2.3 和 2.4 所示。
等式 2.3 和 2.4.MIMO 通道的矩陣表示方式 [3]
14
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
根據之前的等式,只要通道矩陣 [H] 已知,接收器就可以還原訊號,這屬於傳輸串流與通道特性的功能。
因此,如要讓 MIMO 系統順利運作,必須準確估測每組通道描述訊息的相位與增益特性。實際上,首先會
結合已知的前置序列與/或嚮導子載波,藉此估測通道矩陣。確定矩陣之後,就可以套用至後續傳輸作業的
資料子載波。
空間多樣
提高資料傳輸率並非 MIMO 技術的唯一用途。802.11 標準還透過 MIMO 技術,於傳輸器、接收器或兩者同
時實作空間多樣。
實作接收多樣最簡單的方式之一,就是在 1x2 單一輸入/多重輸出 (SIMO) 設定中採用「最大合併比例」
(MCR)。在此情況下,如圖 2.11 所示,接收器僅會結合自身每個接收天線所擷取到的訊號。
圖 2.11.1x2 SIMO 設定的接收多樣
接收器會結合每個接收天線所擷取到的訊號,進而提高接收訊號的有效 SNR。實作接收多樣之後,即可針
對訊號強度低的環境,加強接收器的效能。
WLAN 系統中第二個常見的空間多樣就是「時空區塊編碼」(STBC)。就 STBC 傳輸而言,每個天線會經過設
定,及時傳輸不同的符碼,而且每個符碼都會有效傳輸好幾次。最簡單的 STBC 技巧之一就是 Alamouti 程
式碼,是 Siavash Alamouti 在 1990 年代晚期設計出來的。如圖 2.12 所示,2x1 MIMO 設定可以讓傳輸器有
效產生每個符碼兩次。
圖 2.12. Alamouti STBC
如圖 2.12 所示,每個符碼都會透過一個傳輸天線有效傳輸一次。在第一個 Timeslot 內,天線 Tx1 和 Tx2 會
分別傳輸符碼 a1 和 a2。不過在第二個 Timeslot 內,天線 Tx1 會傳輸符碼 a2 的負複共軛,Tx2 則會傳輸符碼
15
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
a1 的複共軛。這個簡單的開迴路編碼機制可提高傳輸作業的穩定性,遇到通道衰減,甚至是只有一個接收
天線的時候,提供更出色的恢復彈性。
多名使用者 (MU) MIMO
MU-MIMO 除了可用於空間多工之外,還能優化可用的系統資源。雖然空間多工可以大幅提高效能,但卻需
要額外的硬體:天線和濾波器。成本導向的商品通常不會提供這類硬體,像是手機、平板電腦、印表機或
其他 Wi-Fi 連線的終端裝置。不過,基地台和存取點比較有可能搭配這些額外的硬體,以便提供完整的
MIMO 功能。MU-MIMO 可以讓基地台靈活使用 N 個天線,可以獨立與一組終端裝置通訊。
圖 2.13 顯示了 MU-MIMO 設定,並且在存取點安裝 8 個天線。其中兩個天線專門用於媒介伺服器的密集頻
寬需求,此伺服器還配備了兩個天線以便提高傳輸率。存取點上的額外天線可專門用於只有一個天線的簡
單裝置。多個終端裝置可以透過存取點共用一個天線串流。
圖 2.13.MU-MIMO 設定
如果能夠把通訊作業區分至 MU-MIMO 傳輸,就能獲得一些優勢。舉例來說,每名使用者的資料串流可能
是獨立的,所以能夠各自維護功率準位。這樣一來,存取點就可以針對有需要的裝置加強功率傳輸,同時
還能針對通道損耗較低的裝置,把傳輸功率降到最低。因此存取點所消耗的整體功率會降低,並且盡可能
減少所散發的整體能量,最終替所有使用者提高通訊通道的品質。
資料傳輸率理想值的計算方式
隨著 WLAN 技術不斷演化,從原始的 802.11 標準開始,後續的標準修正案透過更高階的調變機制、更高的
頻寬與 MIMO 技術,進一步提高資料傳輸率。表 2.6 顯示了最常見的 802.11 標準修訂版可達到的最大資料
傳輸率。
標準
802.11
802.11b
802.11a
802.11g
802.11n
16
最大資料傳輸率
2 Mb/s
33 Mb/s
54 Mb/s
54 Mb/s
600 Mb/s
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
802.11ac
6.933 Gb/s
表 2.6.最大的 WLAN 資料傳輸率
雖然 802.11a/g 可透過 SISO 連結與 20 MHz 頻寬提供最大 54 Mb/s 的資料傳輸率,802.11n 和 802.11ac 卻
因為實作了一些進階功能,像是 MIMO、更高階的調變機制、更大的通道頻寬 (透過更多的 OFDM 子載波),
大幅提高資料傳輸率。要計算最大資料傳輸率其實很簡單,如等式 2.5 所示。
最大資料傳輸率 =
資料載波
空間串流
每符碼位元 編碼率
符碼持續期間
等式 2.5.數位通訊連結的最大傳輸率
請特別注意命名方式,各種 802.11 標準版本會以不同的方式說明空間串流、調變類型和編碼率。以
802.11a/b/g 為例,通常會根據資料傳輸率來表示特定的調變率與編碼機制組合,如表 2.7 所示。
資料傳輸率 (Mb/s)
1,2,5.5,11
6,9,12,18,24,36,48,54
標準
802.11b
802.11a/g
表 2.7.WLAN 舊有的資料傳輸率
802.11n 和 802.11ac 等較新的 802.11 修正案則使用「調變與編碼機制」(MCS) 一詞,因為很多種空間串流、
調變方式、編碼率的組合都可提供相同的資料傳輸率理想值。
802.11n 的 MCS 指數一路從 MCS0 擴充至 MCS76,比較大的 MCS 指數主要是因為 802.11n 所支援的「不等
調變」(Unequal Modulation) 而造成的。舉例來說,MCS33 就是一種不等調變,針對串流 1 提供 16-QAM,
串流 2 則是 QPSK 調變。802.11n 的空間串流數量也納入了 MCS 指數。
就 802.11ac 而言,MCS 指數無法說明空間串流的數量。因此,802.11ac 的 MCS 指數只能從 MCS0 擴充至
MCS9。而且還會使用其他術語來表示空間串流。802.11ac 並不支援不等調變。
802.11a/g 資料傳輸率的計算方式
802.11a 和 802.11g 使用幾乎一模一樣的訊號架構 (但位於不同頻帶),而且採用相同的資料載波數量、符碼
率和編碼率。使用表 2.8 的參數,即可計算這兩項標準的資料傳輸率理想值。
屬性
數值
注意事項
資料子載波
空間串流
每符碼位元
編碼率
符碼持續期間
48
1
6
¾
4 µs
採用的 FFT 大小為 64
適用於所有的 SISO 連結
log2 64 = 6
最高階調變機制的編碼率
包含 800 ns 的防護週期
表 2.8.可影響 802.11a/g 資料傳輸率的參數
17
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
根據表 2.8 的資料,即可使用等式 2.6 算出 802.11a/g 系統的最大資料傳輸率。
最大 802.11a/g 資料傳輸率 =
等式 2.6.802.11a/g 資料傳輸率的計算方式
802.11n 資料傳輸率的計算方式
相較於 802.11a/g,802.11n 透過 40 MHz 的頻寬高傳輸率 (HT) 選項,提供更多的子載波。相較於 802.11
a/g 有 48 個子載波,20 MHz 頻寬內的資料子載波數量也提高到 52 個。802.11n 透過 4x4 MIMO 實作,把
原有的空間串流數量從 1 個 (SISO) 擴充為 4 個。使用表 2.9 的設定即可計算 802.11n 的資料傳輸率。
注意事項
屬性
數值
資料子載波
空間串流
每符碼位元
編碼率
符碼持續期間
108
4
6
5/6
3.6 µs
採用的 FFT 大小為 128
假設為 4x4 MIMO
log2 256 = 6
最高階調變機制的編碼率
包含 400ns 的防護週期
表 2.9.可影響 802.11n 資料傳輸率的參數
使用表 2.9 的屬性和等式 2.7,即可計算 802.11n 的最大資料傳輸率理想值。
最大資料傳輸率 = 108
4
6
5
6
3 6µs
600
等式 2.7.802.11n 最大資料傳輸率的計算方式
如等式 2.7 所示,802.11n 的傳輸率大約比 802.11a/g 快了十倍。表 2.10 列出了 802.11n 可支援的 MCS 範
圍類型。
MCS
0-7
8-15
16-23
24-31
32
33-38
39-52
53-76
串流
1,等化
2,等化
3,等化
4,等化
1,等化
2,不等
3,不等
4,不等
最大資料傳輸率 (40 MHz)
150 Mb/s (MCS 7)
300 Mb/s (MCS 15)
450 Mb/s (MCS 23)
600 Mb/s (MCS 31)
6.7 Mb/s
225 Mb/s (MCS 38)
360 Mb/s (MCS 52)
495 Mb/s (MCS 76)
表 2.10.WLAN 802.11n 資料傳輸率
18
注意事項
BPSK ~ 64-QAM
BPSK ~ 64-QAM
BPSK ~ 64-QAM
BPSK ~ 64-QAM
BPSK 和 SISO
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
802.11ac 資料傳輸率的計算方式
相較於 802.11a/g 和 802.11n,802.1ac 透過 160 MHz 頻寬的「極高傳輸率」(VHT) 選項,提供更多的子載
波。之所以能夠達到最大資料傳輸率,是因為更加了更多的空間串流、採用 256-QAM 調變機制,以及更高
的編碼率。只要使用表 2.11 的關鍵屬性,即可算出 802.11ac 標準的最大資料傳輸率。
注意事項
屬性
數值
資料子載波
空間串流
每符碼位元
編碼率
符碼持續期間
468
8
8
5/6
3.6 µs
採用的 FFT 大小為 512
假設為 8x8 MIMO
log2 256 = 8
最高階調變機制的編碼率
包含 400ns 的防護週期
表 2.11.可影響 802.11ac 資料傳輸率的參數
使用表 2.11 的設定和等式 2.8,即可計算 802.11ac 的最大資料傳輸率理想值。
最大資料傳輸率 = 468
8
8
5
6
3 6µs
6 933 𝐺
等式 2.8.802.11ac 最大資料傳輸率的計算方式
雖然 802.11ac 的最大資料傳輸率理想值是 6.933 Gb/s,但因為可支援的頻寬與空間串流不同,可能會達到
不一樣的資料傳輸率。表 2.12 列出了不同的 802.11ac 設定。
通道頻寬
20 MHz
40 MHz
80 MHz
160 MHz
空間串
流
1
2
4
8
調變機制
256 QAM
256 QAM
256 QAM
256 QAM
編碼
率
3/4
5/6
5/6
5/6
資料子載波
最大資料傳輸率
52
108
234
468
86.7 Mb/s
400 Mb/s
1.733 Gb/s
6.933 Gb/s
表 2.12.WLAN 802.11ac 資料傳輸率
表 2.12 所列的最大資料傳輸率僅定義最大資料傳輸率的理想值。實際上,因為封包負載和媒介共用等因素,
裝置的資料傳輸率通常會比最大理想值低很多。
WLAN 實體層量測
對於裝置製造程序和設計程序來說,了解實體層量測可說是其中的關鍵。就整個 WLAN 裝置的設計程序而
言,可使用多種實體層量測方式,深入了解裝置效能,並且測試其特性。下列段落說明了兩種 WLAN 量測
的類型:「傳輸器量測」有助於確認裝置的訊號輸出;「接收器量測」可針對裝置的訊號解調變功能,執
行特性測試作業。
19
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
802.11 的規格說明了 802.11 裝置的實體層測試內容。雖然 802.11 修正案有許多量測內容都很類似,但規
格文件還是分別提供了每項修正案的說明段落。表 2.13 列出了 802.11 規格文件的段落,分別針對每項技
術的 WLAN 裝置說明了傳輸器 (Tx) 與接收器 (Rx) 的規格。
修正案
802.11b
802.11a
802.11g
802.11n
802.11ac
實體層
DSSS
OFDM
OFDM
HT
VHT
Tx 規格
段落 16.4.7、17.4.7
段落 18.3.9
段落 18.3.9
段落 20.3.20
段落 22.3.18
Rx 規格
段落 16.4.8、17.4.8
段落 18.3.10
段落 18.3.10
段落 20.3.21
段落 22.3.19
表 2.13.802.11 規格段落
請注意,表 2.13 列出的 802.11ac 傳輸器與接收器量測段落,皆採用 802.11 規格的 2013 D5 草擬版本。
WLAN 量測的儀器設定
一般來說,如要測試並量測完全整合的 WLAN 裝置,會同時需要「向量訊號產生器」(VSG) 和「向量訊號
分析器」(VSA)。有時候,這兩種產品會整合成單一裝置,稱為無線測試組。NI 提供了整合式 VSG 和 VSA,
再搭配使用者可設定的 FPGA,稱為「向量訊號收發器」(VST)。
測試完整組裝的 WLAN 裝置時,此裝置的傳輸與接收功能會整合至單一連接埠。因此,設定測試作業時,
需要一個 RF 切換器或合成器/分配器,才能把 WLAN 裝置同時連接至 VSG 和 VSA,如圖 2.14 所示。
圖 2.14.常見的 WLAN 裝置測試設定
測試 WLAN 功率放大器 (PA) 的時候,測試設定會比圖 2.14 的範例來得簡單許多。在此情況下,VSG 會產
生一個 WLAN 訊號,VSA 則會連接至 PA 的輸出端,如圖 2.15 所示。
圖 2.15. 常見的 WLAN PA 測試設定
一般來說,傳輸器量測適用於檢測整合式 WLAN 裝置與個別元件,例如 PA 和「低雜訊放大器」(LNA)。然
而,如果待測的整合式 WLAN 裝置包含完整的接收器,才會需要接收器量測。
20
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
針對 WLAN 測試選擇訊號分析器時,請記得 WLAN 傳輸器量測包含了頻譜洩漏與調變品質指標。因此,訊
號分析器必須具有同等的向量分析功能,才能夠有效執行訊號解調變作業。
3. 傳輸器量測
WLAN 傳輸器量測分三種:功率、調變品質、頻譜品質。許多 802.11 技術的量測作業都很類似,但並非所
有量測都適用於每一項標準。表 3.1 列出了適用於特定 802.11 標準的量測作業,以及定義了量測內容的
802.11 規格段落。本文交替使用不同的名稱 (DSSS、OFDM、HT、VHT) 來說明 802.11 修正案,包含
802.11b、802.11a/g、802.11n 和 802.11ac 在內。
量測
DSSS
(802.11b)
量測
類型
功率
調變
品質
傳輸功率
功率上升與下降 (DSSS)
調變準確度
晶片時脈頻率容錯 (DSSS)
符碼時脈頻率容錯 (OFDM)
中央頻率容錯
頻譜遮罩
頻譜
頻譜平整度
載波抑制 (DSSS)
中央頻譜洩漏 (OFDM)
16.4.7.8
16.4.7.10
16.4.7.7
N/A
16.4.7.6
16.4.7.5、
17.4.7.4
N/A
16.4.7.9
N/A
OFDM
HT
(802.11a/g
(802.11n)
)
由當地法規決定
N/A
N/A
18.3.9.7.4
20.3.20.7.3
N/A
N/A
18.3.9.6
20.3.20.6
18.3.9.5
20.3.20.4
VHT
(802.11ac)
N/A
22.3.18.4.3
N/A
22.3.18.3
22.3.18.3
18.3.9.3
20.3.20.1
22.3.18.1
18.3.9.7.3
N/A
18.3.9.7.2
20.3.20.2
N/A
20.3.20.7.2
22.3.18.2
N/A
22.3.18.4.2
表 3.1.802.11 的傳輸器量測規格
請注意,表 3.1 列出的 802.11ac 傳輸器與接收器量測段落,皆採用 802.11 規格的 2013 D5 草擬版本。
最大傳輸功率
表 3.2 的傳輸規格並不包含最大傳輸功率,因為 WLAN 裝置的最大傳輸功率取決於核准該裝置的國家當地
政府法規機構。最大輸出功率定義為「等效全向輻射功率」(Equivalent Isotropically Radiated Power,
EIRP),會受到傳輸器輸出功率和天線增益的影響。一般來說,多數國家的最大傳輸輸出功率介於 60 mW
到 1W (EIRP) 之間。通常會以頻帶來制定這些限制,還會因為室內或室外用途的裝置而有所差異。表 3.2 列
出了某些國家的最大限制。
國家
頻帶
美國
a
b/g
a
b/g
巴西
21
最大傳輸功率 mW
(無線電 Tx + 天線增
益 = EIRP)
200
1,000
200
1,000
室內/室外用途
室內
皆可
室內
皆可
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
南非
法國
中國
a
b/g
a
b/g
a
b/g
N/A
1,000
200
100
600
600
N/A
皆可
室內
皆可
皆可
皆可
表 3.2.不同國家的最大傳輸功率
雖然 802.11 規格並未明確指定 WLAN 裝置的最大功率規定,功率量測卻是其他傳輸器量測作業的重要指標
特性。舉例來說,「誤差向量幅度」(EVM) 等調變品質量測會因為傳輸器的線性度而受到影響,傳輸器的
線性度又取決於輸出功率。
平均功率
平均功率可能是最常見的功率量測。所謂的平均功率,就是 802.11 封包在一個突波期間的時間平均功率準
位。現代的測試設備提供許多方式可確立平均功率準位。最常見的方式之一就是封閉時間平均功率,量測
某個突波的平均功率。此外還可量測功率,並且把突波功率和閒置時間計算在內。就這項指標而言,該突
波的工作週期可說是影響了功率結果的關鍵要素。
通常 WLAN 傳輸的平均功率屬於封閉功率量測,所以會用到 VSA。平均功率通常是指傳輸功率,也是其他
所有量測作業的重要指標。測試接收器的時候,平均功率即代表 DUT 的輸入功率準位。此外,就 MIMO 量
測而言,還會針對每一個實體通道量測平均功率。
峰值功率
802.11 訊號,尤其是較高階的 OFDM 類型,通常會展現極大的「峰均值功率比」(PAPR)。只要搭配平均功
率量測已傳輸訊號的峰值功率,即可量測某訊號的 PAPR。
因為 OFDM 訊號本身的架構,所以 PAPR 特性相對較高。OFDM 傳輸會平行傳輸大量的子載波,所以子載
波可以同時間加上或扣掉其他子載波。因此,OFDM 傳輸的功率統計大多屬於 Gaussian 類型,所以 PAPR
的範圍通常介於 10 dB 到 12 dB 之間。
雖然已傳輸 WLAN 訊號的實際 PAPR 會在裝置運作範圍內相對保持穩定,但並非總是如此。如果傳輸器的
輸出功率準位較高,輸出 PA 在自身的非線性區域內運作的時候,PAPR 就會因為截波開始降低。因此,
PAPR 可說是重要的傳輸器除錯指標,代表調變品質低劣。如果調變品質低劣 (EVM) 是因為輸出 PA 的非線
性度而造成的,通常可以推測錯誤來源和 PAPR 結果偏低有關。
訊號的 PAPR 對於訊號分析器的量測設定也有很大的影響。執行 802.11 量測的時候,必須適當設定 VSA 的
參考準位,才能夠完整擷取傳輸封包的振幅範圍。一般來說,封包功率準位即是平均功率。這樣一來,參
考準位的設定應該大於平均功率加上預測的封包 PAPR 之總和。如果想要有效呈現 PAPR 的統計,請參考
CCDF 量測段落。就 MIMO 量測而言,會針對每一個實體通道量測平均功率。
22
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
功率對時間
功率對時間記錄是指已傳輸訊號對時間的瞬間功率。功率對時間可顯示訊號以便除錯,並非傳輸器的效能
指標。如果能建立起已量測功率與該突波的特定時段之間的關聯,即可判斷受時間影響的功率問題。
圖 3.1.功率對時間記錄
舉例來說,放大功率對時間量測的時候,即可觀察到突波的上升與下降時間,判斷是否已擷取到有效的突
波。
交互功率 (MIMO)
交互功率量測僅限於 MIMO 設定。交互功率指標說明了流向另一個通道的串流功率量。先簡單假設有個
4x4 MIMO 設定映射了一個直接通道,映射矩陣是 M:
.
等式 3.1.4x4 MIMO 設定的直接映射矩陣
實際上,矩陣 M 內對角線以外的零值,也就是交叉項,都是小的有限值。如果交叉項增加,因為不同通道
干擾的特定通道功率就會開始干擾目標運作項目,造成通道為根據的指標下降。等式 3.2 比較了理想的交
互功率 (CPid) 和量測到的交互功率 (CPms)。
23
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
,
.
等式 3.2.4x4 MIMO 設定的 CPid 和 CPms 比較
在這兩種情況下,對角線元素 CPi,i 並未明確定義,而且交叉元素的量測單位是 dB。就理想情況而言,交互
元素會等於 ∞ dB,代表毫無特定串流的功率洩漏至意料外的通道。實際量測時,CPi,j (dB) 代表了串流 i 洩
漏至通道 j 的相對功率。如果交互功率衰減的話,可留意 DUT 的通道隔離狀況,以便解決此問題。
功率上升與下降
802.11 規格定義了一個特別的動態功率特性:功率上升與功率下降。因為 WLAN 裝置會以「時分雙工」
(Time Division Duplex,TDD) 的方式運作,必須透過快速的上升與下降時間,才能夠提高傳輸與接收速度。
功率上升與功率下降規定僅適用於 DSSS 技術,也就是 802.11b 修正案。
根據 802.11 規格,傳輸功率上升定義為某突波的最大功率從 10% 上升到 90% 的時間,不應超過 2 μs。傳
輸功率下降則是某訊號的最大功率從 90% 下降到 10% 的時間,不應超過 2 μs。量測功率上升與下降時,
訊號分析器的擷取長度應包含整個封包。
調變品質
WLAN 傳輸的調變品質,會影響能否在不引發重大框架或位元誤差的前提下,完成解調變的可能性。調變
品質包含下列類別:調變準確度 (EVM)、晶片與符碼時脈頻率容錯、中央頻率容錯。
誤差向量幅度
誤差向量幅度 (EVM) 可說是 802.11 傳輸器調變品質的主要指標。因為 EVM 可擷取大範圍已調變傳輸的減
損問題,所以也是最實用的傳輸器效能指標之一。呈報 EVM 的時候,RF 訊號分析器首先會量測已調變符
碼的相位與振幅誤差。執行此量測時,誤差向量取決於理想符碼的向量/振幅與實際量測結果之間的誤差。
如要計算 EVM,可以把誤差向量除以理想符碼的振幅向量,算出來的比值就是 EVM。圖 3.2 顯示了量測到
的向量、理想向量、誤差向量之間的關係。
24
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 3.2.誤差向量與相關元素
雖然 EVM 算是誤差向量與振幅向量之間的比率,但可選用百分比 (%) 或 dB 來表示計算結果。只要使用等
式 3.3,即可把 EVM 的單位從百分比換算成 dB。
等式 3.3.把 EVM 百分比換算成 dB 的方式
採用單一載波調變的無線標準通常會採用百分比來表示 EVM,OFDM 系統則是採用 dB 來表示 EVM。基本
上 EVM 屬於單一符碼的調變品質指標,所以這個指標通常代表峰值或大量符碼的均方根 (RMS) 數值。
就 DSSS 傳輸而言,最高階的調變機制就是「差分正交相移鍵控」(DQPSK)。如圖 3.3 的星座方塊圖所示,
所有符碼距離來源處的振幅皆相同,彼此之間的相位偏差也一樣。因此,802.11 規格提供了適用於 DSSS 傳
輸的峰值 EVM 限制。
25
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 3.3.DQPSK 星座圖
根據 DSSS 子段落所述,EVM 可能是符碼的峰值誤差,不過 OFDM、HT、VHT 傳輸卻提供了以 RMS 數值為
基礎的 EVM 規定。如圖 3.4 所示,64-QAM 等較高階調變機制的振幅向量會因為不同的符碼位置大量變化。
圖 3.4.64-QAM 星座圖
如圖 3.4 所示,較接近來源的符碼可主導峰值 EVM 量測,這些符碼的振幅也比較小。所以峰值 EVM 指標不
像 RMS EVM 指標那麼實用。因此,802.11a/g/n/ac 等 OFDM 架構的傳輸技術會把 EVM 定義為 RMS 數值。
此外,802.11 還針對單一傳輸器可能使用的調變機制,指定不同的 RMS EVM 限制。每項修正案針對各種調
變機制與編碼率組合所提供的 EVM 規定其實都很類似,但並非每個標準都可支援所有的調變機制與編碼率
組合,如表 3.3 所示。
26
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
調變機制
編碼率
BPSK
BPSK
QPSK
QPSK
16-QAM
16-QAM
64-QAM
64-QAM
64-QAM
256-QAM
256-QAM
½
¾
½
¾
½
¾
2/3
¾
5/6
¾
5/6
EVM 限制
(802.11a/g)
-5 dB
-8 dB
-10 dB
-13 dB
-16 dB
-19 dB
-22 dB
-25 dB
N/A
N/A
N/A
EVM 限制
(802.11n)
- 5 dB
N/A
-10 dB
- 13 dB
-16 dB
-19 dB
-22 dB
-25 dB
-27 dB
N/A
N/A
EVM 限制
(802.11ac)
- 5 dB
N/A
-10 dB
- 13 dB
-16 dB
-19 dB
-22 dB
-25 dB
-27 dB
-30 dB
-32 dB
表 3.3.OFDM、HT、VHT 的 EVM 限制
如表 3.3 所示,傳輸調變品質與調變機制複雜度之間的關係非常明顯。舉例來說,256-QAM 等較高階的調
變機制需要更出色的調變品質,勝過 BPSK 等較低階的調變機制。如圖 3.5 所示,請觀察 256-QAM 5/6 編
碼率傳輸作業的星座圖規格限制。這裡的 EVM 限制是 -32 dB,所量測到的 EVM 是 –dB。
圖 3.5 802.11ac 星座圖
27
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
請注意,傳輸作業實際的調變品質屬於傳輸器減損功能的一種,通常不會受傳輸器的調變機制所影響。舉
例來說,如果某傳輸器可針對 16-QAM 提供 -36 dB 的 EVM,那麼使用 256-QAM 來傳輸訊號的時候,也可
達到相同的 EVM 效能。如果傳輸器必須產生 256-QAM (802.11ac 裝置) 傳輸效能,調變品質的規定通常會
高於必須產生 64-QAM (802.11a/g/n) 的傳輸器。
星座誤差
雖然主要的 EVM 量測也是來自符碼星座圖,但同時也是一般造成影響的誤差總集。星座圖包含了誤差來源
的資訊。其他可透過星座圖取得的指標還有 CPE、IQ 增益失衡、相位差歪曲與時序歪曲。
時序歪曲 (OFDM)
時序歪曲是複合基頻訊號同相 (I) 與正交相位 (Q) 元件的取樣瞬間之間的數量差。
相位差歪曲
相位差歪曲是同相 (I) 與正交相位 (Q) 訊號之間偏離 90° 的誤差值。
I/Q 增益失衡
I/Q 增益失衡是同相 (I) 訊號平均振幅與正交相位 (Q) 訊號平均振幅的比率,以 dB 為單位。
晶片頻率容錯 (DSSS) 與符碼時脈頻率容錯 (OFDM)
這項量測是每個產生 I 和 Q 訊號的數位轉類比轉換器 (DAC) 取樣時脈的數量差。
中央頻率容錯
最後一個和傳輸調變品質有關的特性就是中央頻率容錯。理想而言,如果傳輸器的設計可以 2.412 GHz 的
速度輸出訊號,此訊號的精準中央頻率就會是 2.412 GHz。然而,傳輸器的時脈電路減損可能會造成傳輸作
業的頻率稍微偏離理想位置。如果 WLAN 系統的傳輸器或接收器提供低劣的頻率準確度,接收器可能無法
針對空中傳輸執行解調變功能。
802.11 規格需要以 PPM 為單位的特定頻率準確度,並且使用 VSA 來量測此結果。舉例來說,如果載波頻率
偏移是 4 KHz,中央頻率是 2412 MHz,就會對應至 1.658 ppm ( (4 KHz/2,412 MHz) * 1 * 10e6)。表 3.4 列
出了每個 802.11 實體層的頻率準確度規定,落在 10 到 25 ppm 的範圍內。
實體層
DSSS
OFDM
HT 2.4 GHz 頻帶
HT 5 GHz 頻帶
VHT
+/ppm
25
20
25
20
20
表 3.4.載波頻率的偏差限制
28
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
頻譜量測
最後一項有助於說明 WLAN 傳輸器效能的特性就是頻譜量測。調變準確度量測是為了確保相容的接收器可
以順利完成已傳輸訊號的解調變作業,頻域量測則是為了證明此訊號不會干擾其他訊號。許多頻域量測不
需要已擷取訊號的相位內容。因此,如果沒有 VSA 的話,也可使用頻譜分析器來執行這些量測作業。
頻譜遮罩
根據頻譜遮罩量測,必須針對已傳輸封包的功率頻譜密度套用一組限制。頻譜遮罩是鄰近通道干擾的指標,
所以距離已傳輸通道中央越遠,這些限制就會變得越嚴苛。UMTS 和 LTE 等手機通訊需要已傳輸的整合功
率,WLAN 的頻譜遮罩僅用來評估會干擾頻率槽的峰值。
頻譜遮罩是一種合格/不合格的量測作業,必須比較遮罩與訊號頻譜。就 DSSS 而言,頻譜遮罩量測採用
100 kHz 的解析度頻寬 (RBW) 和 30 kHz 的視訊頻寬 (VBW)。對 OFDM 技術來說,頻譜遮罩量測各需要 100
kHz 的 RBW 和 VBW。
DSSS 頻譜遮罩
就 DSSS 傳輸而言,「頻譜遮罩剖繪」(Spectrum Mask Profile) 定義了所散發的最大功率,此功率位於偏離
載波 11 MHz ~ 22 MHz 之間和偏離載波大於 22 MHz 的頻寬內。如圖 3.6 所示,DSSS 遮罩把參考點 0 dBr
定義為 0 dB,相對於特定的參考點。參考點的定義則是傳輸作業的最大頻譜密度。
圖 3.6. DSSS 頻譜遮罩限制
如圖 3.6 所示,如果 DSSS 傳輸偏離載波 11 MHz ~ 22 MHz 之間,就不能超過 -30 dBr。此外,如果偏離載
波頻率超過 22 MHz,傳輸作業的功率頻譜密度就不能超過 -50 dBr。
OFDM、 HT、VHT 頻譜遮罩
就 802.11a/g/n/ac 而言,頻譜遮罩的剖繪都很類似,但卻提供較大的頻寬建議,以及 802.11ac 適用的
80+80 頻寬設定。如要總結 OFDM、HT、VHT 的頻譜遮罩限制,請研究 OFDM 的頻譜遮罩。如圖 3.7 所示,
OFDM 傳輸的重要遮罩限制為 -20 dBr、-28 dBr、-40 dBr。
29
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 3.7.802.11a 的 OFDM 頻譜遮罩
20 MHz 頻寬訊號的關鍵偏差值是 9 MHz、11 MHz、20 MHz、30 MHz。表 3.5 說明了各種頻寬訊號的關鍵
偏差值。
訊號頻寬
偏差值 A
偏差值 B
偏差值 C
偏差值 D
20 MHz
40 MHz
80 MHz
160 MHz
± 9 MHz
± 19 MHz
± 39 MHz
± 79 MHz
± 11 MHz
± 21 MHz
± 41 MHz
± 81 MHz
± 20 MHz
± 40 MHz
± 80 MHz
± 160 MHz
± 30 MHz
± 60 MHz
± 120 MHz
± 240 MHz
表 3.5.802.11 遮罩的頻率偏差值
許多 802.11 修正案的特點之一,就是偏離載波最遠的最大散發量。-40 dBr 的最遠偏離限制適用於所有的
傳輸作業,除了 HT 2.4 GHz 以外。就 HT 2.4 GHz 而言,所有傳輸最遠偏離的最大散發量是 -45 dBr。
30
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 3.8.HT 於 5 GHz 頻帶內的 20 和 40 MHz 散發遮罩
就 802.11ac 的 80+80 模式而言,已傳輸頻譜遮罩的計算方式就是兩個 80 MHz 遮罩的線性總和,如圖 3.9
所示。
31
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 3.9.VHT 80+80 MHz 通道頻譜遮罩限制
如圖 3.9 所示,80+80 設定的頻譜遮罩外緣符合 80 MHz 頻寬選項的頻譜遮罩外緣。不過重疊區域的需求較
高,因為這裡是兩項限制的總和。舉例來說,-39 MHz 和 +39 MHz 頻率偏差值的限制是 -25 dBr,因為 -28
dBr + -28 dBr = -25 dBr。
載波抑制 (DSSS)
雖然理想正交調變器內的「局部震盪器」(LO) 不會在 RF 輸出端產生洩漏,實際上卻不是如此。正交調變器
如果出現任何 DC 偏差的現象,就會在裝置輸出端產生混附訊號,位於 LO 精準頻率。這個混附訊號就是中
央頻率洩漏或 LO 洩漏。就 802.11b 的 DSSS 傳輸而言,可透過載波抑制量測來擷取 LO 洩漏。在通道中央
頻率即可量測 RF 載波抑制,至少要比峰值 SIN(x)/x 功率頻譜低 15 dB。因為 DSSS 屬於單一載波調變機制,
所以傳輸器產生重複的符碼樣式時,才能夠量測載波洩漏。
舉例來說,只要把傳輸器設為產生重複的 01 資料序列,同時關閉擾頻器,傳輸器就能有效重複產生相同的
符碼。在頻域中,頻譜會以單一音調的形式出現,並且偏離傳輸作業的中央頻率。
32
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
因此,只要量測中央頻率的散發功率,即可掌握 LO 洩漏的特性。使用頻譜分析器或 VSA,再把解析度頻寬
設為 100 kHz,即可量測中央頻率的散發功率。
中央頻率洩漏 (OFDM、 HT、VHT)
802.11a/g/n/ac 的傳輸作業搭載 OFDM 技術,主要原則是產生重疊的已調變子載波。OFDM 技術試圖把中
央子載波保持為零,藉此避免 LO 洩漏的問題。因此,就算傳輸器正在產生資料,但只要量測中央子載波的
散發功率,即可量測 LO 洩漏,如圖 3.10 所示。
圖 3.10.量測頻域的 LO 洩漏
就嚴格定義而言,載波頻率洩漏以 dB 為單位,是 DC 子載波的能量與所有子載波的總能量之比率。就 20
MHz 802.11a/g/n 傳輸而言,相對於整體傳輸功率,最大 LO 洩漏不應超過 –15 dB,或者相對於剩餘子載波
的平均能量,不應超過 +2 dB。就 40 MHz 802.11n 傳輸而言,相對於整體傳輸功率,洩漏值不應超過 -20
dB,或者相對於剩餘子載波的平均能量,不應超過 0 dB。VHT 修正案的 LO 洩漏規定非常特別。就所有的
VHT 頻寬設定而言,除了 80+80 MHz 傳輸之外,最大 LO 洩漏必須低於每個子載波的平均功率。
33
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
WLAN 裝置可以兩種方式之一實作 80+80 MHz 傳輸作業,每個情況的 LO 洩漏規定都不一樣。如果訊號來
自單一調變器,LO 就會出現在傳輸中央。在此情況下,使用 RBW 312.5 kHz 在傳輸中央量測到的功率不應
該超過每個子載波的平均功率。
也可使用兩個傳輸器來實作 80+80 MHz 傳輸。在此情況下,LO 會出現在每個傳輸器的中央頻率,不會出現
在通道中央。這時在傳輸頻寬中央所量測到的功率不應超過 -20 dBm 最大值與相對於總傳輸功率的 -32 dB。
請注意,如果 LO 洩漏超出頻率 80 MHz 傳輸作業,RF LO 應該遵守頻譜遮罩規定。
頻譜平整度
頻譜平整度僅適用於 802.11a/g/n/ac 的 OFDM 架構傳輸作業。頻譜平整度是指子載波功率準位的變化。每
個子載波星座圖的平均能量不應該偏離所有子載波的平均能量超過特定範圍,同時包含上緣與下緣。這兩
個數值的最糟情境就是頻譜平整度邊緣。
34
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
形式
VHT
頻寬 (MHz)
平均子載波索引 (前後
數值包含在內)
20
-16 ~ -1 和 +1 ~ +16
40
-42 ~ -2 和 +2 ~ +42
80
-84 ~ -2 和 +2 ~ +84
160
-172 ~ -130、-126 ~ 44、+44 ~ +126、
+130 ~ +172
40
80
非 HT 重
複
160
-42 ~ -33、-31 ~ -6、
+6 ~ +31、+33 ~ +42
-84 ~ -70、-58 ~ 33、-31 ~ -6、+6 ~
+31、+33 ~ +58、
+70 ~ +84
-172 ~ -161、-159 ~ 134、-122 ~ -97、95 ~ -70、-58 ~ -44,
+44 ~ +58、+70 ~
+95、+97 ~ +122、
+134 ~ +159、+161
~ +172
測試子載波索引 (前後數值包
含在內)
-16 ~ -1 和 +1 ~ +16
-28 ~ -17 和 +17 ~ +28
-42 ~ -2 和 +2 ~ +42
-58 ~ -43 和 +43 ~ +58
-84 ~ -2 和 +2 ~ +84
-122 ~ -85 和 +85 ~ +122
-172 ~ -130、-126 ~ -44 和
+44 ~ +126、+130 ~ +172
-250 ~ -173、-43 ~ -6 和 +6 ~
+43、+173 ~ +250
-42 ~ -33、-31 ~ -6 和 +6~
+31、+33 ~ +42
-58 ~ -43 和 +43 ~ +58
-84 ~ -70、-48 ~ -33、-31 ~ 6 和 +6 ~ +31、+33 ~ +58、
+70 ~ +122
-122 ~ -97、-95 ~ -85 和 +85
~ +95、+97 ~ +122
-172 ~ -161、-159 ~ -134、
-122 ~ -97、-95 ~ -70、
-58 ~ -44、+44 ~ +58、
+70 ~ +95、+97 ~ +122、
+134 ~ +159、+161 ~ +172
-250 ~ -225、-223 ~ -198、
-186 ~ -173、-43 ~ -33、-31
~ -6、+6 ~ +31、+33 ~
+43、+173 ~ +186、+198 ~
最大偏離
值 (dB)
±4
+4/-6
±4
+4/-6
±4
+4/-6
±4
+4/-6
±4
+4/-6
±4
+4/-6
±4
+4/-6
Table 3.6.OFDM、 HT、VHT 的頻譜平整度限制2
頻譜平整度的上緣就是上方頻譜平整度遮罩與通道頻率響應相對振幅的數量差。頻譜平整度的下緣就是通
道頻率響應相對振幅與下方頻譜平整度遮罩的數量差。通道頻率響應的相對振幅與 DC 子載波附近一些子載
波的平均功率有關。在上方表格的第一列中,有些子載波對應至 16 子載波,從 -16 到 -1。通道頻率響應的
相對振幅就是這項平均與每個子載波平均能量的數量差。上方 20 MHz 通道的限制也適用於 OFDM 和 HT。
上方 40 MHz 通道的限制則適用於 HT。
2
根據 802.11ac 規格 5.1 草擬版本的表 22-23 重新製作而成
35
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
4. 接收器量測
WLAN 裝置也受限於嚴苛的接收器效能特性。接收器量測可測試不同條件下,例如低功率、高功率、出現
干擾時,接收器針對已傳輸訊號執行解調變的特性。
和傳輸器量測一樣,802.11 規格中某些段落也說明了 WLAN 接收器的量測方式,包含 16.4.8、18.3.10、
20.3.21、22.3.19 等段落。如表 4.1 所示,802.11 規格的 2012 版本適用於所有的標準,除了 802.11ac 之外。
802.11 規格的 2013 D5 草擬版本才適用於 802.11ac。
量測
最小輸入靈敏度
最大輸入準位
鄰近通道拒斥
非鄰近通道拒斥
已接收通道功率指標
DSSS
16.4.8.2、
17.4.8.2
16.4.8.3、
17.4.8.3
16.4.8.4、
17.4.8.4
N/A
16.4.8.6、
17.4.8.6
OFDM
18.3.10.2
HT
20.3.21.1
VHT
22.3.19.1
18.3.10.5
20.3.21.4
22.3.19.4
18.3.10.3
20.3.21.2
22.3.19.2
18.3.10.4
18.3.10.7
20.3.21.3
20.3.21.6
22.3.19.3
N/A
表 4.1.802.11 的接收器量測規格
最小輸入靈敏度
最小輸入靈敏度可以在接收訊號強度低的時候,測試接收器的效能特性。出色的靈敏度效能可確保接收器
能夠在距離傳輸器很遠的情況下,成功執行傳輸作業的解調變功能。
靈敏度測試設定
WLAN 接收器靈敏度的測試設定包含了一個 VSG,經過設定後必須以特定的資料傳輸率和已知的功率準位
來傳輸 WLAN 訊號。如圖 4.1 所示,標準的測試組態還會在儀器與 DUT 之間採用固定式衰減器。
圖 4.1.WLAN 靈敏度的測試設定
固定式衰減器可保障儀器的輸出雜訊準位不會影響接收器的雜訊準位。衰減器還可提升 DUT 功率準位的精
準度。只要能夠透過功率計來校準 VSG,通常就可以更高的功率準位提供更出色的功率準確度,所以使用
固定式衰減器之後,即可在更準確的功率範圍內使用 VSG。把衰減器放在 VSG 和接收器之間,還可以提高
DUT 的匹配阻抗。
靈敏度規格
所謂 WLAN 接收器的靈敏度,就是 DUT 透過數位介面所呈報的封包誤差率 (PER)。就 DSSS 而言,接收器
必須達到的 PER 最小值是 8%,OFDM、HT、VHT 標準則是 10%。
36
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
最小輸入靈敏度的定義非常嚴格,就是接收器可達到指定 PER 條件時的最低功率準位。表 4.2 列出了 DSSS
規定的最小值。
DSSS 類型
DSSS 2 Mb/s
DSSS 11 Mb/s
PER 臨界值 (%)
最小靈敏度 (dBm)
8
8
-80
-76
表 4.2.DSSS 接收器的最小輸入靈敏度限制
就採用 OFDM 架構技術的 WLAN 標準而言,最小輸入靈敏度結合了調變機制、編碼率和輸入頻寬。如表
4.3 所示,OFDM、HT、VHT 規格所規定的最小值相當一致。
最小靈敏度
最小靈敏度
(20 MHz
(40 MHz
(80 MHz
BW)
BW)
BW)
BPSK
½
-82 dBm
-79 dBm
-76 dBm
BPSK1
¾
-81 dBm
N/A
N/A
QPSK
½
-79 dBm
-76 dBm
-73 dBm
QPSK
¾
-77 dBm
-74 dBm
-71 dBm
16-QAM
½
-74 dBm
-71 dBm
-68 dBm
16-QAM
¾
-70 dBm
-67 dBm
-64 dBm
2/
64-QAM
-66
dBm
-63
dBm
-60 dBm
3
64-QAM
¾
-65 dBm
-62 dBm
-59 dBm
5/
64-QAM2
-64 dBm
-61 dBm
-58 dBm
6
256-QAM3
¾
-59 dBm
-56 dBm
-53 dBm
5/
256-QAM3
-57 dBm
-54 dBm
-51 dBm
6
只有 OFDM 標準才支援編碼率為 ¾ 的 BPSK,HT 和 VHT 並不支援
只有 HT 和 VHT 標準才支援編碼率為 5/6 的 64-QAM,OFDM 並不支援
只有 VHT 標準才支援 256-QAM,OFDM 和 HT 並不支援
(160 MHz
BW)
-73 dBm
N/A
-70 dBm
-68 dBm
-65 dBm
-61 dBm
-57 dBm
-56 dBm
-55 dBm
-50 dBm
-48 dBm
調變機制
1.
2.
3.
編碼
率
最小靈敏度
最小靈敏度
表 4.3.OFDM、 HT、 VHT 的 WLAN 接收器靈敏度
如表 4.3 所示,調變機制的複雜度與所需的接收器靈敏度之間的關聯非常明顯。舉例來說,如果是 256QAM 等較高階的調變機制,接收器就會需要較高的 SNR,才能和 BPSK 等較穩健機制一樣,達到相同的框
架錯誤率 (FER)。Wi-Fi 裝置經過設計,可使用適應型調變技巧,在低 SNR 環境中佈署更穩健的調變機制,
並且在可支援的通道環境中佈署輸出率更高的機制。
最大輸入準位
最大輸入準位是指高接收強度下的接收器效能特性。這項量測作業有助於確保接收器可以在接近傳輸器的
情況下正常運作。在這類情況下,雖然已接收訊號的 SNR 可能很高,但是已接收訊號的高輸入功率可能會
驅動並壓縮接收器的前端元件,造成訊號失真。
37
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
裝置效能的最大輸入準位量測條件和最小輸入靈敏度的量測條件一模一樣。測試最大輸入準位的時候,需
要把一個高功率訊號引進 DUT,如表 4.4 所示。
實體層
DSSS 2 Mb/s
DSSS 11 Mb/s
OFDM
HT
VHT
PER 臨界值 (%)
2.4 GHz 的功率 (dBm)
5 GHz 的功率 (dBm)
8
8
10
10
10
-4
-10
-30
-20
N/A
N/A
N/A
-30
-30
-30
表 4.4.接收器最大輸入準位的限制
如要量測最大輸入準位,必須設定 VSG,把一個調變過的訊號引進接收器,同時功率準位必須略低於所需
的輸入準位。接著從已知的功率準位開始,慢慢增加 VSG 的功率準位,一直到達 PER 臨界值為止。接收器
仍可以達到自身 PER 臨界值 (8% 或 10%) 的最高輸入功率準位,就會是接收器的最大輸入準位。接收器的
動態範圍定義非常嚴格,就是最小輸入靈敏度與最大輸入準位之間的數量差。
鄰近通道拒斥
實際上,Wi-Fi 產品的設計目標在於許多無線裝置共用的無線環境,其中包含但不限於其他的 Wi-Fi 裝置。
因此,WLAN 接收器必須在鄰近頻帶出現訊號功率時,達到最低效能條件。所謂的「鄰近通道拒斥」(ACR)
量測,是指在參考通道隔壁的通道出現相對高功率訊號時,接收器的效能特性測試。
架設 ACR 量測的測試時,會需要兩個 RF VSG 和一個功率合成器。如圖 4.2 所示,主要 VSG 會產生一個
WLAN 訊號,讓接收器執行解調變作業。次要 VSG 會產生一個干擾訊號,其功率高於參考訊號。
圖 4.2.ACR 量測的硬體方塊圖
圖 4.3 為 ACR 的測試設定,會同時把兩個 WLAN 訊號引進 DUT。
38
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
圖 4.3.把訊號引進 DUT 的頻譜圖
測試 ACR 的時候,慢慢增加干擾訊號的功率準位,一直到達 PER 臨界值為止。主要訊號與干擾訊號之間的
功率準位差,就是接收器的 ACR 效能。
ACR 的接收器 PER 效能條件,與 DSSS、OFDM、HT、VHT 標準的最小輸入靈敏度和最大輸入準位一樣。就
DSSS ACR 量測而言,接收器必須達到 8% 的 PER,OFDM、HT、VHT 傳輸則必須達到 10% 的 PER。
量測 DSSS 傳輸的 ACR 時,參考訊號的功率準位必須比靈敏度限制高 6 dB。根據這樣的設定,接收器的
ACR 必須高於 35 dB,如表 4.5 所示。
傳輸
輸入參考通道功
率
鄰近通道拒斥
DSSS
靈敏度 + 6 dB
35 dB
表 4.5.DSSS 傳輸的 ACR 規定
OFDM、HT、VHT 標準所需的 ACR 條件取決於調變機制與編碼率的組合方式。表 4.6 提供了所需效能條件
的清單。
39
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
調變機制
編碼
輸入參考
鄰近通道拒
率
通道功率
斥 (OFDM)
鄰近通道拒斥
(HT、VHT – 除了
1.
80+80)
BPSK
½
28 dB
16 dB
BPSK1
¾
27 dB
N/A
QPSK
½
25 dB
13 dB
QPSK
¾
23 dB
11 dB
16-QAM
½
20 dB
8 dB
靈敏度 +
16-QAM
¾
16 dB
4 dB
3 dB
2/
64-QAM
12 dB
0 dB
3
64-QAM
¾
11 dB
-1 dB
5/
64-QAM2
N/A
-2 dB
6
256-QAM3
¾
N/A
-7 dB
5/
256-QAM3
N/A
-9 dB
6
只有 OFDM 標準才支援編碼率為 ¾ 的 BPSK,HT 和 VHT 並不支援
2.
3.
只有 HT 和 VHT 標準才支援編碼率為 5/6 的 64-QAM,OFDM 並不支援
只有 VHT 標準才支援 256-QAM,OFDM 和 HT 並不支援
鄰近通道拒斥
(VHT 80+80)
13 dB
N/A
10 dB
7 dB
5 dB
1 dB
-3 dB
-4 dB
-5 dB
-10 dB
-12 dB
表 4.6.ACR 效能條件
如表 4.6 所示,主要訊號 (經過解調變) 的精準參考通道功率取決於調變機制、編碼率和訊號頻寬。更精確
的說法是,功率準位會比接收器最小輸入靈敏度高了 3 dB,如表 4.3 所示。
非鄰近通道拒斥
非鄰近通道拒斥會把干擾訊號放在非鄰近通道內。只有 OFDM、HT、VHT 標準才會指定非鄰近通道拒斥。
DSSS 沒有非鄰近通道拒斥的規定。
非鄰近通道拒斥的定義很嚴格,必須是距離中央傳輸兩個通道頻寬以上的通道拒斥。舉例來說,如果是一
個 20 MHz 的通道,非鄰近通道中央頻率和參考通道中央頻率必須至少相差 40 MHz。一樣的道理,就 40
MHz 傳輸而言,非鄰近通道的中央頻率與參考通道的中央頻率必須至少相差 80 MHz。
非鄰近通道拒斥的規定必須比 ACR 高 14-16 dB,前提是干擾訊號的頻率沒有離參考通道那麼近。用於非鄰
近通道拒斥的主要參考訊號必須比參考通道功率高 3 dB。表 4.7 列出了不同的調變機制與編碼率組合所帶
來的非鄰近通道拒斥規定。
40
WLAN 量測簡介
從 802.11a 到 802.11ac
調變機制
編碼率
BPSK
BPSK1
QPSK
QPSK
16-QAM
16-QAM
64-QAM
64-QAM
64-QAM2
256-QAM3
256-QAM3
1.
2.
3.
½
¾
½
¾
½
¾
2/
3
¾
5/
6
¾
5/
6
輸入參考通道
功率
靈敏度 + 3 dB
非鄰近通道拒
斥 (OFDM)
非鄰近通道拒
斥 (HT、VHT –
非鄰近通道拒
斥 (VHT
除了 80+80)
80+80)
29 dB
N/A
26 dB
24 dB
21 dB
17 dB
13 dB
12 dB
11 dB
6 dB
4 dB
42 dB
41 dB
39 dB
37 dB
34 dB
30 dB
26 dB
25 dB
N/A
N/A
N/A
32 dB
N/A
29 dB
27 dB
24 dB
20 dB
16 dB
15 dB
14 dB
9 dB
7 dB
只有 OFDM 標準才支援編碼率為 ¾ 的 BPSK,HT 和 VHT 並不支援
只有 HT 和 VHT 標準才支援編碼率為 5/6 的 64-QAM,OFDM 並不支援
只有 VHT 標準才支援 256-QAM,OFDM 和 HT 並不支援
表 4.7.OFDM、 HT、 VHT 的非鄰近通道拒斥規定
已接收通道功率指標
已接收通道功率指標 (RCPI) 代表訊號接收強度,接收器會透過一個 8 位元暫存器呈報此指標。8 位元暫存
器會以 0.5 dB 的解析度產生一個介於 0 到 220 之間的數值,這樣一來接收器即可呈報一個介於 -110 dBm
(暫存數值為 0) 到 0 dBm (暫存數值為 220) 之間的接收強度。
如要量測 RCPI,必須設定 VSG,並且在已知的功率準位產生一個 RF 訊號。接著,比較功率準位與來自
DUT 的 RCPI 結果。一般來說,WLAN 裝置必須呈報 RCPI 數值,此數值會介於已知 VSG 功率準位的 +/- dB
範圍內,如表 4.8.所示。
實體層
RCPI 準確度
DSSS
OFDM
HT
VHT
± 5 dB
± 5 dB
± 5 dB
N/A
表 4.8.已接收通道功率指標限制
如表 4.8 所示,DSSS、OFDM、HT 傳輸皆具有特定的 RCPI 規定,但是 VHT 規格並沒有 RCIP 規定。
41
Download
Random flashcards
Arab people

15 Cards

Radiobiology

39 Cards

Radioactivity

30 Cards

Nomads

17 Cards

Create flashcards