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(yàn)，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(diǎn)（AP）針對多個終端（Station）節(jié)點(diǎn)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(yàn)證，就需要采用新的測試和認(rèn)證方法來實(shí)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(shí)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(yàn)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(diǎn)（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(shí)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(diǎn)（AP）在信標(biāo)中廣播的DTIM信息。節(jié)約功耗的時候，接入點(diǎn)（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(diǎn)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(diǎn)在不同的TWT ID之間配置獨(dú)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)（AP1）的信號，也來自相鄰的接入點(diǎn)（AP2）的信號。傳統(tǒng)模式下，AP1和AP2無法相互識別，它們彼此獨(dú)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(diǎn)（AP）。為確保多個DUT此過程無沖突，需要接入點(diǎn)（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(diǎn)（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(diǎn)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(shí)現(xiàn)簡單trigger burst參數(shù)配置，并且實(shí)時生效，方便靈活的快速驗(yàn)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(xiàng)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)（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(shí)時產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且直接發(fā)送。然后儀器會統(tǒng)計(jì)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(shí)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(shí)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(xiàng)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(shí)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。