背景

IEEE 802.11ax標(biāo)準(zhǔn)（Wi-Fi 6）旨在提高WLAN系統(tǒng)的效率，優(yōu)化用戶使用體驗，尤其是在密集信號環(huán)境和室外環(huán)境中，保證每個用戶的吞吐量。Wi-Fi 6/6E首次允許從接入點（AP）針對多個終端（Station）節(jié)點進(jìn)行調(diào)度通信，這是Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引入的革命性變化。由于這個新特性引入，在Wi-Fi 6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的物理層部分增加一些新功能，這些新功能的驗證，就需要采用新的測試和認(rèn)證方法來實現(xiàn)。

802.11ax物理層本質(zhì)上是基于802.11ac技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來，802.11ax中使用的子載波間隔減小為78.125 kHz，這使每個符號時間增加了四倍，并且可以獲得更長的保護(hù)時間，這些基礎(chǔ)特性參數(shù)的改變，有助于提高系統(tǒng)的魯棒性和效率。同時物理層將支持1024QAM調(diào)制和MU-MIMO，這兩種技術(shù)有助于提高峰值速率和整個系統(tǒng)的容量。物理層中最主要的變化是引入了OFDMA，相對于傳統(tǒng)模式的每個時刻只調(diào)度一個終端的業(yè)務(wù)，它可以調(diào)度多個終端同時進(jìn)行業(yè)務(wù)，實現(xiàn)改善密集信號環(huán)境中的整體容量，減少延遲和提升效率。在OFDMA中，通過資源單元（RU）的概念，將可用頻譜分成較小的部分，確保每個終端占用一部分的頻譜資源來保證最低吞吐速率。另外，針對多終端時延的方面需求，采用使用觸發(fā)幀（TB）的調(diào)度過程可確保OFDMA和MU-MIMO方案中的同步上行鏈路通信。

圖一：Wi-Fi 6特性列表

在Wi-Fi 6產(chǎn)品開發(fā)過程中，為了全面有效地驗證設(shè)備的工作性能，建議采用信令測試方案，測試終端在正常工作狀態(tài)下的信號質(zhì)量。此時R&S®CMW寬帶無線通信測試儀可以模擬成一個接入點（AP）或者終端（station），與待測件進(jìn)行信令交互，然后進(jìn)行相應(yīng)的射頻指標(biāo)或者吞吐率測試。這種方案中，測試儀表和待測件之間的信令交互是符合協(xié)議流程，建立的連接是類似于真實環(huán)境中使用的通信方式，無論哪種芯片都可以直接測試。用戶也不需要特殊的軟件來控制Wi-Fi芯片，不需要外部電腦安裝芯片的驅(qū)動，大大簡化測試操作。結(jié)合羅德與施瓦茨提供的R&S®CMWrun自動化測試軟件，可以提高測試效率，降低測試復(fù)雜度。

R&S®CMW模擬AP場景

接下來我們就介紹幾種使用R&S®CMW來模擬AP的信令場景，測試Wi-Fi 6某些特性，測試組網(wǎng)如下：終端直接和儀器建立射頻信號連接，無需任何外部控制。

圖二：測試連接組網(wǎng)

1、TWT（target wake time）性能測試

TWT（目標(biāo)時間喚醒）是一種的新節(jié)能功能，適用于那些不需要大量數(shù)據(jù)通信的設(shè)備，尤其類似于用電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。TWT的參數(shù)可以設(shè)定終端的睡眠和喚醒時間，終端（station）可以確定何時以及多長時間喚醒一次來發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有WLAN設(shè)備的節(jié)能機(jī)制，即傳送流量信息指示（DTIM），允許終端（station）以接收少量信標(biāo)方式，間隔進(jìn)入睡眠狀態(tài)。通常，終端必須每隔一段時間才讀取接入點（AP）在信標(biāo)中廣播的DTIM信息。節(jié)約功耗的時候，接入點（AP）可以緩存下行數(shù)據(jù)，當(dāng)需要傳輸?shù)教囟ńK端時，它可以通過在信標(biāo)中添加適當(dāng)?shù)男畔硗ㄖ@些終端。這種方式既不靈活，同時節(jié)省功耗的效率又比較低。

Wi-Fi 6中的新TWT機(jī)制允許更靈活參數(shù)配置，可以設(shè)定長期甚至多終端的休眠模式。接入點和終端之間約定的喚醒和通信活動時間可以是一個較長的多信標(biāo)周期，時間可以長達(dá)數(shù)分鐘，數(shù)小時甚至數(shù)天。協(xié)議規(guī)范中也允許接入點在不同的TWT ID之間配置獨立的參數(shù)，來對應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

圖三：R&S®CMW設(shè)置TWT參數(shù)

2、BSS color場景測試

基本服務(wù)集（BSS）是完成基本業(yè)務(wù)的WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含接入點及其相關(guān)的終端。每個終端僅連接到一個BSS，多個BSS網(wǎng)絡(luò)可以彼此緊鄰存在，實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的覆蓋。如下圖中終端2（STA2）不僅接收到自己的接入點（AP1）的信號，也來自相鄰的接入點（AP2）的信號。傳統(tǒng)模式下，AP1和AP2無法相互識別，它們彼此獨立，并且可能同時傳輸導(dǎo)致數(shù)據(jù)包，對于終端2來說就會引起沖突和干擾。最終導(dǎo)致終端2接收的測試數(shù)據(jù)包出錯，必須重新傳輸數(shù)據(jù)，這會給網(wǎng)絡(luò)造成額外的負(fù)擔(dān)。因此，IEEE 802.11ax將BSS color ID的概念，引入到提高組網(wǎng)中，提升網(wǎng)絡(luò)的效率。協(xié)議將Wi-Fi信號的前導(dǎo)同步碼，根據(jù)每個AP分配不同BSS color ID，終端可以根據(jù)這個color ID區(qū)分來自其自己的BSS（intra-BSS）的數(shù)據(jù)包以及來自相鄰BSS（inter-BSS）的數(shù)據(jù)。結(jié)果是，STA2可以忽略不屬于自己的BSS網(wǎng)絡(luò)的信號，只和自己的BSS通訊，這樣最大程度減少了干擾。在R&S®CMW中，儀器可以直接設(shè)置不同的BSS color id來模擬不同的AP。

圖四：不同BSS color AP的組網(wǎng)

3、Trigger Burst 發(fā)射機(jī)測試

在OFDMA上行鏈路中，當(dāng)觸發(fā)上行業(yè)務(wù)時，終端將承載數(shù)據(jù)包的上行信號發(fā)送到接入點（AP）。為確保多個DUT此過程無沖突，需要接入點（AP）定義消息，將哪個RU分配給哪個終端，發(fā)送多少數(shù)據(jù)，以及每個終端發(fā)射功率，這個調(diào)度的信息至關(guān)重要。來自不同終端的信號必須同時并以相近的電平到達(dá)接入點（AP）側(cè)接收機(jī)，避免相互之間產(chǎn)生干擾。因此，在OFDMA中，終端發(fā)射信號前，接入點首先向終端發(fā)送觸發(fā)幀，也就是我們所說的trigger burst。該幀包含相應(yīng)的配置參數(shù)，包括有效負(fù)載長度，帶寬，RU分配和調(diào)制模式。用戶必須在稱為短幀間隔（SIFS）的預(yù)定義時間間隔之后，開始發(fā)送上行數(shù)據(jù)包信號。

圖五：Trigger Burst示意圖

R&S®CMW中Wi-Fi信令方式可以實現(xiàn)簡單trigger burst參數(shù)配置，并且實時生效，方便靈活的快速驗證不同帶寬、不同RU和MCS下的射頻性能。

圖六：Trigger Burst測試效果示意圖

在Trigger Burst上行信號測試中，終端用戶的 時間誤差和頻率誤差會對信號質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，在測試中必須覆蓋這兩個項目。尤其是時間誤差，為了確保不同終端并行傳輸時互相之間不會相互干擾，上行發(fā)射信號必須同時到達(dá)接入點接收機(jī)端。否則，不同信號之間的定時偏移將導(dǎo)致符號間干擾，影響信號的解調(diào)。所以協(xié)議規(guī)定，終端收到觸發(fā)幀結(jié)束與響應(yīng)幀開始之間的延遲必須盡可能短，要求是±0.4μs以內(nèi)。

以上幾種是Wi-Fi 6中典型的信令測試場景，當(dāng)然還有一些特性，也需要類似的信令場景模擬，比如NDP sounding的流程，MU接收機(jī)測試，這些都可以在R&S®CMW中來實現(xiàn)，這里不一一列舉。

R&S®CMW模擬終端場景

針對某些AP的產(chǎn)品，R&S®CMW的信令功能，可以反過來模擬終端（station）。儀器模擬的終端，可以接入需要測試的接入點（AP）設(shè)備，然后進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)測試。

1、接收機(jī)測試

儀器作為station接入AP側(cè)以后，可以配置發(fā)送數(shù)據(jù)包到被測試的AP，通過配置發(fā)送不同的帶寬，MCS和數(shù)據(jù)內(nèi)容等參數(shù)以后，儀器模擬的終端實時產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且直接發(fā)送。然后儀器會統(tǒng)計AP返回的ACK/NACK數(shù)目，直接顯示PER的比率，非常方便進(jìn)行接收機(jī)測試的操作。如果通過搭配自動化軟件，可以快速實現(xiàn)各個參數(shù)，各個信道下的接收機(jī)性能遍歷。

圖七：接收機(jī)測試結(jié)果圖

2、下行的OFDMA信號測試

由于AP側(cè)在Wi-Fi 6協(xié)議中，規(guī)定下行可以發(fā)送OFDMA信號，同時承載多個用戶（station）的數(shù)據(jù)內(nèi)容，提高路由器工作的吞吐率。這種情況下，AP輸出的信號可能并不是滿帶寬的，與傳統(tǒng)WLAN信號之間差異較大，那么相應(yīng)的OFDMA信號的指標(biāo)測試，也必須包含在儀器的測試功能中。

圖八：OFDMA信號測試圖

圖九：不同RU的測試結(jié)果

如上兩圖，就是R&S®CMW實測的AP發(fā)射出來的OFDMA的信號，里面可以很直觀的得出各個不同用戶信號的質(zhì)量和功率的結(jié)果。

結(jié)語

由于802.11ax （Wi-Fi 6）技術(shù)相對于傳統(tǒng)Wi-Fi有比較多的變化，在物理層部分也增加新的特性，在測試內(nèi)容和項目上也相應(yīng)的提高了要求。R&S®CMW的信令測試功能針對Wi-Fi 6測試專門研發(fā)，可以模擬路由器（AP）和終端（station），實現(xiàn)Wi-Fi 6產(chǎn)品在類似日常連接使用狀態(tài)下的射頻指標(biāo)和性能測試，可以全面和有效的保證產(chǎn)品的質(zhì)量。