WIFI7/802.11be测试解决方案

概述

随着移动互联网的快速发展和智能终端的广泛普及,以及 像短视频、4K高清、AR/VR等高带宽应用的引入,大量设 备通过Wi-Fi连接到路由器或家庭网关,带来了海量的数据 流量访问。根据CISCO最新发布的2018-2023年全球互联网 报告白皮书,2023年Wi-Fi用户体验速率将会是2018年的三 倍,从30.3 Mbps提升至92 Mbps,尤其亚太地区2023年 预计能达到116.1 Mbps。同时,Wi-Fi热点在5年内增加至 原来的四倍,其中Wi-Fi6热点数更是将增长13倍,在2023 年所有热点中有11%的占有率。 Wi-Fi技术最早始于1999年的802.11b标准, 之后2003年 发布了802.11a/g,2009和2013年分别推出 802.11n和 802.11ac,目前最新标准是2019年的802.11ax标准,平均 每隔5~6年IEEE就会发布新一代的Wi-Fi标准,然后由Wi-Fi 联盟完成测试认证标准的制定,最后各个设备厂家迅速推 出认证后的商用化产品。经过二十年的发展,Wi-Fi技术已 经成为室内短距离数据通信最普及的应用技术,手机、电 脑以及大量的智能家居产品都已经把Wi-Fi支持作为缺省的 配置。 随着Wi-Fi6/802.11ax和Wi-Fi6E设备已逐步走入商用,下 一代WLAN标准Wi-Fi7/802.11be的标准化工作也已正式开 始。

Wi-Fi7/802.11be标准简介

IEEE在2018-07和2019-05先后成立了研究组SG (Study Group) 以及工作组TG (Task Group),目标是制定下一代高 性能Wi-Fi标准即IEEE 802.11be Extreme High Throughput (EHT),802.11be计划支持最大30 Gbps的吞吐量,比 802.11ax的速率还要高3~4倍,频率范围从1 GHz到7.125 GHz,包括2.4 GHz、5 GHz及新的6 GHz未授权频段。IEEE 计划在2020-09发布802.11be版本草稿,并于2024-05完成 标准化工作。 相较于 当前802.11ax标准,802.11be技术改进包括了以下 几个方面: J 最大16条数据流 802.11ax最多支持8条数据流,而它当时的一大改进就 是引入MU-MIMO,让多个设备可以同时使用多条数据 流与接入点进行通信。802.11be会将这个数字再扩大 一倍,让设备支持总计16条数据流。支持更多的数据流 也将会带来更强大的特性—CMU-MIMO,C代表协同 (Coordinated),意为16条数据流可以不由一个接入点提 供,而是由多个接入点同时提供。CMU-MIMO是迎合目 前无线网络多接入点发展方向的新特性,近几年来为了 扩大Wi-Fi网络的覆盖范围,人们常常会采用Mesh组网方 式,这其实就是增加了接入点数量。而CMU-MIMO则可 以让用户充分利用多出来的接入点,将16条数据流分流 至不同的接入点,同时进行工作。 J 引入6 GHz新频段,三频段同时工作 802.11ax标准支持2.4 GHz和5 GHz两个频段,更新版 Wi-Fi 6E则是引入了新的6 GHz频段。802.11be将会继续 使用这个新频段以便获得更大的通信带宽来提升数据速 率。同时它也将会扩大单信道带宽,从802.11ax的最大 160 MHz提升至240 MHz和320 MHz。 J 4096 QAM调制方式 调 制 阶 数 是 影 响 最 大 传 输 速 率 的 一 个 重 要 因 素 , 8 0 2 . 1 1 a x标准采用的是最高1 0 2 4 QAM调制,而 802.11be更可达到4096 QAM,效率一下子提升了 20%。各种新技术的引入对芯片和元器件提出巨大的 挑战,如何保证更大带宽和更高频率下的器件指标如 ACLR,以及4096 QAM高阶调制所需的发射和接收EVM 指标,这些都对功率放大器 (PA)、低噪声放大器 (LNA) 以及RFIC的性能提出了严格的要求。

R&S测试解决方案

4096 QAM和320 MHz带宽测试 802.11n引入了64 QAM调制,11ac和ax随之又分别引入 256 QAM和1024 QAM调制,下一代802.11be计划加入更 高的4096 QAM。对于 WIFI6/802.11ax最高阶1024 QAM 调制方式,整机需要至少-35 dB的EVM指标,指标分解到 元器件级如PA甚至需接近-47 dB EVM。根据IEEE研究报 告,WIFI7/802.11be的Beamforming技术带来的增益可以 一定程度上降低4096 QAM对EVM的要求,目前初步结论 是维持和11ax一样的-35 dBc要求。¸SMW和FSW组合 在最严苛的4096 QAM + 320 MHz组合下也能实现优于-50 dB的实测值,使得802.11be元器件的EVM测量误差降至最 低。
 

802.11be PA DPD测试

和WIFI6 / 11ax相比,11be增加了240 MHz和320 MHz 带 宽能力,最大带宽直接增加了一倍,且最高工作频率和 WIFI6E一样支持最高7.125 GHz,这给功率放大器的ACLR 能力提出了巨大的挑战。为了同时优化ACLR和EVM性能, DPD成了必不可少的优化手段。和蜂窝标准如LTE或5GNR 需要同时考虑邻道和隔道有所不同,WIFI标准通常只对邻 道有要求,因此DPD考虑3倍于信号的带宽即可,即320 MHz的最大主信号带宽,加上两个邻道各320 MHz,一共 320 x 3 = 960 MHz,即用于DPD验证平台的SMW和FSW 至少需要近1 GHz带宽。 针对6 GHz频段,¸SMW200A专门增加了7.5 GHz频 段满足7.125 GHz最高频率测量需求,并且SMW200A和 矢量信号分析仪FSW同时具备业界最大的2 GHz内置信号 产生和分析带宽。对于WIFI 7/802.11be的DPD测试需求, 也可配置1 GHz (SMW) 和1.2 GHz (FSW) 带宽。需要注意 的是,仪表的动态范围决定了DPD验证平台的最大能力, ¸FSW在内置1.2 GHz分析带宽上可获得65 dB的无杂散 动态范围 (SFDR),比最接近的竞争对手1 GHz带宽还好了 9 dB。 基于¸SMW + FSW平台,用户可验证DPD算法对特 定功放的优化能力并调整相应的算法,如果关注的是PA 经DPD优化后的最大ACLR水平,¸FSW提供了Direct DPD FSW-K18+K18D 选件,支持宽带功放常见的记忆效应 补偿,帮助元器件客户快速获取功放的最大DPD能力。
 

总结

符合WIFI-6/6E标准的芯片已经面世并投入商用,而日益 增长的AR/VR、视频应用等业务对于对下一代Wi-Fi技术 则提出了更高的要求,IEEE也在马不停蹄地准备Wifi 7即 802.11be的标准化工作,预计2024年标准化工作将全部结 束。对于802.11be RFIC和射频前端如PA和LNA的测试工作需要更早进行,尤其是关键新特性4096 QAM和320 MHz 大带宽带来的EVM和 ACLR等苛刻的性能特性。R&S公司为 802.11be测试提前做好了准备,R&S高端信号源SMW和频 谱仪FSW&满足以上所有关键特性测试要求,完美应对下一 代无线连接芯片的开发,助力国内无线射频芯片产业链的 发展壮大。

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