如何簡化WiFi的測試

1、如何簡化 WiFi 的測試網絡研討會 2015.11孫勇泰克公司技術部射頻產品經演講者簡介 孫勇 泰克科技（中國）有限公司 分銷產品行業(yè)渠道開發(fā)經理 畢業(yè)于清華大學無線電系 十幾年來一直從事測試儀器的研發(fā)與推廣工作 泰克2001年杰出市場冠軍獎獲得者 自2005年起一直從事泰克無線測試產品推廣工作，在無線電監(jiān)測集干擾測試領域卓有成就，著有利用NetTek解決移動通信網絡干擾問題發(fā)表于中國無線電管理 成功推廣了泰克創(chuàng)新的MDO混合域分析儀 現負責泰克RF產品的推廣工作3內容 WiFi 市場發(fā)展趨勢 WiFi客戶測試需求及面臨的挑戰(zhàn) 泰克推出 802.11a/b/g/n/

2、ac 測試方案RSA306 高性價比頻譜分析儀WiFi 矢量信號分析軟件具有獨特的功能WiFi 測試助手程序引導客戶快速進行 WiFi 預認證測試 泰克射頻測試整體方案 4WiFi 市場發(fā)展趨勢5 5當今世界乃是無線通信的世界2011年, 超過10億個電子設備用于無線網絡 到2015年, 將有20億個電子設備具有 WiFi 功能 56 6無線無處不在 不僅僅在手機和PC中, 現在已經涉及到嵌入式系統(tǒng), 機器到機器的對話中 (M2M)嵌入式系統(tǒng)的設計必須考慮無線信號 射頻信號越加時變 帶寬的需求飛速增長 電磁干擾問題越加嚴重 競爭日趨激烈 產品更新爭分奪秒 無線技術發(fā)展趨勢802.11 Wi-F

3、i 是最通用的無線接口 7WLAN 連接的需求增長迅猛 嵌入式系統(tǒng)設計師表示其現有設計中包含最多的無線功能是 Wi-Fi 2012 年 超過 25% 數字系統(tǒng)的設計缺陷，電源的開關以及噪聲問題都有可能影響 WLAN的性能或 WLAN 的干擾也可能影響數字系統(tǒng) Source: UBM Tech 2013 Embedded Market Study 802.11ac 帶寬達160MHz802.11ad 等新標準正在討論，將應用更高頻段Wi-Fi是Wi-Fi Alliance（無線高保真）的簡稱， Wi-Fi聯盟是一家全球及非營利性的行業(yè)協會，擁有300多家成員企業(yè)，共同致力于推動無線局域網絡 (W

4、LANs) 產業(yè)的發(fā)展。以增強移動無線、便攜、移動和家用設備的用戶體驗為目標，Wi-Fi聯盟一直致力于通過其測試和認證方案確?；贗EEE 802.11標準的無線局域網產品的可互操作性。自2000年3月Wi-Fi聯盟開展此項認證以來，已經有超過4000種產品獲得了Wi-Fi CERTIFIED 指定認證標志，有力地推動了Wi-Fi產品和服務在消費者市場和企業(yè)市場兩方面的全面開展。什么是 WiFi-IEEE推出的第一代WLAN 標準 - 2.4G頻段 -傳輸速率1M-11b 2.4G頻段，傳輸速率提高到5.5M和11M -11a 5.8G頻段傳輸速率提高到54M -傳輸速率提高到54M - 2.

5、4G頻段 -兼容11b - 2.4G頻段和5.8G頻段 -傳輸速率提高到300M -兼容11a/11b/11g6G以下頻段和60G頻段傳輸速率不小于1Gbit/s協議正在制定和完善之中2012年802.11標準演進January 2210標準標準(已批準已批準)頻段頻段帶寬帶寬調制調制數據速率數據速率(bps)MIMO(bps)原始原始(1997)2.4 GHzISM20 MHzSC/DSSS1M, 2Mb(1999)2.4 GHzISM20 MHzSC/CCKSC/PBCC(*)5.5M, 11Ma(1999)5 GHz20 MHzMC/OFDM (64)6M - 54Mg(2003)2.4

6、 GHzISM20 MHzMC/OFDMSC/PBCC6M - 54M22M, 33Mn(2009)2.4 ISM , 5 GHz20,40 MHzMC/OFDM (64,128)7M - 150M(每條傳送流)4x4(600M)ac(2014?)5 GHz20,40,80,160, 80+80 MHzMC/OFDM (64,128,256,512)7M - 867M(每條傳送流)8x8(6936M)ad(2012)60 GHz2200 MHzSC QAMSC+OFDM385M-4620M693M-6756M2.4GHz頻段頻段 = 無需牌照 (*)5GHz band = 無需牌照 (*) 動

7、態(tài)選擇頻率，發(fā)送功率控制SC = 單載波; MC = 多載波DSSS = 直序擴頻; 2.4 GHz頻譜WLAN通道在所有相應的802.11標準中完全相同2.4 GHz 802.11標準規(guī)定22 MHz帶寬和5 MHz通道間隔 (但標稱帶寬為20 MHz) 鄰道重疊及鄰道信號會相互干擾Wi-Fi通道1, 6, 11, 或2, 7, 12, 或3, 8, 13或4, 9, 14 (如果允許)或5, 10 (允許時可能是14)可以作為集合一起使用。在默認狀態(tài)下通常把Wi-Fi路由器設置成通道6，通道 1、6和11這個集合使用最廣泛由于IEEE 802.11n 40 MHz獲得更高的數據吞吐量，這明

8、顯降低了可以使用的通道數量January 22115 GHz頻譜大部分5 GHz通道落在認可的無需牌照的頻段外面，因此有各種限制DFS = 動態(tài)選擇頻率TPC = 發(fā)送功率控制SRD = 短距離設備25 mW最大功率January 2212WLAN物理層基礎知識WLAN物理層采用TDMA協議包中包含： 前置碼和包頭(PPDU) 前置碼允許接收機獲得時間+頻率同步，估算通道特點，實現均衡 包頭提供了與包配置有關的信息格式, 數據速率, 包長度, 等等 凈荷數據 (如PSDU或MPDU) 傳送用戶的凈荷數據January 2213前置碼和包頭凈荷數據 PSDU或MPDUPPDU物理層 - 802.

9、11b 被調制信號一直以11 M芯片/秒的速率形成“碼片”沒有指定Tx濾波，因此碼片是“方形”邊緣，頻響是Sin(x)/x發(fā)射機必須提供某種Tx濾波，以滿足SEM要求頻譜主波瓣帶寬在零信號之間為22 MHz調制星座與BPSK或QPSK類似DSSS1M即“DBPSK” ; DSSS2M即“DQPSK”; CCK星座圖看上去與QPSK類似January 2214理想的頻響是Sin(x)/x 正交頻分復用(OFDM)OFDM 并行數據總線 把寬帶通道分到N個等間隔的副載波中 每個副載波以數字方式調制每個副載波上的數據速率相對較低 導頻副載波承載已知數據碼型用于同步為什么采用OFDM? 可以耐受多路徑

10、效應 更好的數據吞吐量802.11x 不同修訂版中副載波數量不同 調制深度改變數據速率15多個副載波單個副載波I axisQ- Axis 01110010每個副載波QAM調制物理層 - 802.11a/g/j/p (OFDM) 802.11a/g信號參數 “a”、“j”和“p”部署在5 GHz “g”部署在2.4 GHz 表中有20 MHz值802.11 j/p 擁有10 MHz和5 MHz帶寬，因此頻率擴展 或，時間擴展2倍或4倍凈荷(數據) 52個副載波, 48個數據副載波 + 4個導頻副載波 數據副載波采用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM調制。在所有符號中相同 導頻副載波(僅B

11、PSK)用來跟蹤突發(fā)中的頻率/相位和幅度變化January 2216參數參數值值副載波52 (48個數據副載波+4個導頻副載波)副載波間隔312.5 kHzFFT二元數64碼片速率20 MHz (= 64 * 312.5 kHz)信號帶寬16.56 MHz(= 53 * 312.5 kHz)保護間隔Tsymb4.0 us(= Tuseful * (1+)物理層 - 802.11a/g/j/p (OFDM) January 2217物理層 - 802.11n (HT)標準物理層名稱是HT (高吞吐量)在2.4和5 GHz部署“802.11a/g on steroids”更多的副載波，更寬的帶寬，

12、更高的容量選配數據符號短保護間隔(1/8) (吞吐量提高10%)高達4X4 MIMO (相同帶寬中有4條傳送流)注：黑體數值表示與20 MHz a/g的差January 2218參數參數20 MHz40 MHz副載波56 (52d+4p)114 (108d+6p)副載波間隔312.5 kHz312.5 kHzFFT二元數64128碼片速率20 MHz40 MHz信號帶寬17.81 MHz36.56 MHz保護間隔, 1/8 , 1/8 Tsymb4.0, 3.6 us4.0, 3.6 us物理層 - 802.11n (HT) January 2219物理層 - 802.11ac (VHT)標準

13、物理層名稱是VHT (超高吞吐量)僅部署在5 GHz頻段中VHT基本上是簡化的HT (n)，但擴展到更寬的帶寬和更多的傳送流20/40/80/160 MHz鄰接帶寬 選配80+80 MHz帶寬模式，把160 MHz容量劃分到兩個80 MHz信號中，這兩個信號可以位于非鄰接的頻率范圍(通道)中高達8x8 MIMO (8條傳送流位于相同的帶寬中)多用戶MIMO (MU-MIMO): 使用MIMO編碼信號并發(fā)傳送到多個用戶January 2220參數參數20 MHz*40 MHz*80 MHz*160 MHz*副載波56 (52d + 4p)114 (108d + 6p)242(234d + 8p)

14、484(468d + 16p)副載波間隔312.5 kHz312.5 kHz312.5 kHz312.5 kHzFFT二元數64128256512碼片速率20 MHz40 MHz80 MHz160 MHz信號帶寬17.81 MHz36.56 MHz76.56 MHz156.56 MHz保護間隔, 1/8 , 1/8 , 1/8 , 1/8 Tsymb4.0, 3.6 us4.0, 3.6 us4.0, 3.6 us4.0, 3.6 us*20/40 MHz與HT類似* 160 MHz本質上是2 x 80 MHz物理層 - 802.11ac (VHT)January 222122WiFi客戶測試

15、需求及面臨的挑戰(zhàn)WLAN 生態(tài)鏈: 從芯片到終端芯片設計測試需求: 高可靠性射頻一致性測試高動態(tài)范圍 寬帶寬 系統(tǒng)級調測RFIC 設計設計客戶量幾百個射頻模塊設射頻模塊設計計客戶量幾千個射頻嵌入式射頻嵌入式系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計客戶量幾萬個將射頻芯片集成到 WLAN 模塊測試需求: 控制接口與射頻芯片協同性 射頻一致性測試集成 WLAN 模塊到最終產品測試需求: 天線的匹配性 雜散、諧波 上電、下電 最佳射頻性能最佳射頻性能最優(yōu)性價比最優(yōu)性價比23WLAN RFIC 和射頻模塊設計面臨的挑戰(zhàn) 測試方案需符合高射頻指標 低 EVM低 SFDR寬實時帶寬 超強的實時性能 24RFIC 設計設計客戶量幾百

16、個射頻模塊設射頻模塊設計計客戶量幾千個射頻嵌入式射頻嵌入式系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計客戶量幾萬個最優(yōu)性價比最優(yōu)性價比最佳射頻性能最佳射頻性能RFIC 設計設計WLAN 嵌入式系統(tǒng)和射頻模塊設計面臨的挑戰(zhàn)測試方案需符合寬帶 WLAN 測試 集成性能調測 需要跨域分析 最優(yōu)性價比 N合一系統(tǒng)價格合理 25射頻嵌入式射頻嵌入式系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計客戶量幾萬個射頻模塊設射頻模塊設計計客戶量幾百個客戶量幾千個最優(yōu)性價比最優(yōu)性價比最佳射頻性能最佳射頻性能WLAN 生態(tài)鏈: 從芯片到終端芯片設計測試需求: 高可靠性射頻一致性測試高動態(tài)范圍 寬帶寬 系統(tǒng)級調測RFIC 設計設計客戶量幾百個射頻模塊設射頻模塊設計計客戶量幾千

17、個射頻嵌入式射頻嵌入式系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計客戶量幾萬個將射頻芯片集成到 WLAN 模塊測試需求: 控制接口與射頻芯片協同性 射頻一致性測試集成 WLAN 模塊到最終產品測試需求: 天線的匹配性 雜散、諧波 上電、下電 最佳射頻性能最佳射頻性能最優(yōu)性價比最優(yōu)性價比26沒有適合的沒有適合的測試方案測試方案WiFi 測試面臨的挑戰(zhàn) 射頻模塊的選擇及調測 已經預認證過的模塊大廠商的參考設計出廠前已預認證可以尋求技術支持成本高物理結構受限于參考設計 非認證模塊成本低靈活性高對設計人員技術水平要求高 需要測試儀器成本低、靈活性高27Wi-Fi標準發(fā)射機測量January 2228發(fā)射機功率測量這些測試的目標是

18、檢驗發(fā)送功率電平 如果太低，會影響有噪聲的環(huán)境中的性能； 如果太高，會影響電池續(xù)航時間，可能會出現干擾問題； 另外，必須保持在每個國家法規(guī)規(guī)定的極限范圍內； 功率變化可能會降低傳輸質量。January 2229發(fā)送功率發(fā)送功率開關斜率發(fā)送頻譜測量January 2230802.11 20MHz通道的IEEE 802.11頻譜模板這些測量檢驗信號功率分布是否符合規(guī)范，是否滿足法規(guī)限制。此外，它們提供了與可能影響信號的常見失真類型有關的信息。SEM (頻譜輻射模板頻譜輻射模板): 通過需要對比的模板，規(guī)定了每項802.11標準允許的信號功率分布。發(fā)送中心頻率泄漏：發(fā)送中心頻率泄漏：DC偏置可能會影

19、響上變頻器路徑中的某些發(fā)射機實現方案，通常會導致載波泄漏。這些泄漏在接收機中會表現為發(fā)送中心頻率中的能量，因此稱為發(fā)送中心頻率泄漏。頻譜平坦度頻譜平坦度是衡量所有頻段中功率偏差的指標。它保證功率均勻分布到整個通道中，這可能會受到輸出濾波器性能影響。發(fā)送頻率測量這些測試檢驗發(fā)射機的頻率精度，這一點至關重要，它保證了接收機能夠恢復其中包含的信息。此外，精密頻率精度使多用戶系統(tǒng)中的干擾達到最小。發(fā)送中心頻率容限：頻率誤差衡量參考振蕩器在發(fā)射機和預計載頻上生成的載頻之間的差異(未對準)。符號時鐘頻率容限：時鐘誤差是發(fā)射機和接收機上的采樣時鐘差異。IEEE要求應從相同的參考振蕩器中導出所有發(fā)送天線的發(fā)送

20、中心頻率和符號時鐘頻率，因此時鐘誤差指標和發(fā)送中心頻率容限指標相同。January 2231發(fā)送調制測量這些測試提供了與整個傳送鏈中可能影響信號質量的失真類型有關的信息常見的損毀類型包括I/Q增益和相位不匹配、符號時鐘錯誤、群時延、相噪和壓力January 2232星座圖表示數字調制方案調制的信號。EVM (誤差矢量幅度) 用來衡量實際星座點距星座圖中理想的無差錯位置的偏差(單位為% RMS或dB)。也稱為發(fā)送星座誤差，RMS誤差在多個副載波、OFDM幀和包上進行平均。33泰克推出 802.11a/b/g/n/ac 測試方案泰克WLAN測試方案34方方案二：案二： SignalVu-PC +

21、MDO4000B1GHz帶寬，可分析802.11acRF 指標高跨域分析有時域測試需求時性價比高方案三：方案三：RSA5000BDUTTektronix MDO4000BRx射頻電纜DUTRx 天線方方案一：案一： RSA306 小巧 價格低 DPX 實時頻譜 40MHz分析帶寬僅802.11n以下RSA5000B 高端測試方案快速發(fā)現突發(fā)信號 唯一具有掃描 DPX, 和密度觸發(fā)的實時頻譜儀應用領域 chipset設計評估 RF 系統(tǒng)集成 WLAN 一致性測試 頻譜管理 EMI 診斷及預認證 35165MHz 實時分析帶寬 802.11 最優(yōu)性價比測試 EVM 256QAM 160MHz -4

22、2 dB 36RSA306 高性價比頻譜分析儀什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 377.5 in (190.5 mm)5.0 in(127 mm)1.2 in (30.5 mm )USB 3.0控制及電源N 型 RF 輸入端10 MHz 參考輸入外部觸發(fā)輸入Kensington 安全鎖什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 無需供電，隨身攜帶，高速測試，功能強大 實時頻譜顯示 多域同時刻矢量信號分析 40M 帶寬 IQ Streaming38人民幣人民幣29900，6GHz頻譜儀頻譜儀 泰克的！泰克的！什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 比頻譜儀更多的強大功能 實時頻譜顯示實時頻譜顯示 矢

23、量信號分析 時變分析時變分析 模擬調制分析模擬調制分析 數字調制分析 脈沖分析 音頻分析 WLAN 分析帶寬40MHz 被分析信號的帶寬或頻率變化范圍 非頻譜的頻率范圍39什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 RF signal analysis in your hands!觸手可及的頻譜分析40什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 -160dBm/Hz DANL41什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 快速雜散測試42什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 完備的RF測試功能 各種測試可同時進行43什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 可自定義的頻譜模板測試44什么是RSA306高性價比頻譜分

24、析儀 三維頻譜（瀑布圖）45什么是RSA306高性價比頻譜分析儀 音頻解調與錄音46RSA306 軟件結構29 January 202247RSA300 APIRSA300API.dllUSB DriverRSA300.sys User AppSignalVu-PC.exe, etcStreaming DataDPX Bitmaps and SpectrumsIQ BlocksAudio DemodAudio OutDiskFile“Replay”14b ADC SamplesIn Data Frames112 Msps40 MHz BW“RSA300API.h”RSA300 HAL(Not

25、used by SVPC)(BW 40 MHz)(BW 40 MHz)(32ksps)( 224MB/s)“Live”RSA306 配件及PC要求RSA306 Lab保護用機架框RSA306 Transit手持包RSA306 Case軟包48 PC要求USB 3.0 必須，RSA306需USB3.0供電Core i7 CPU建議，DPX流暢的保障SSD 建議nSignalVu PC 軟件要求-Window 7 或 Windows 8 64位-必須有 16 GB 以上硬盤空間泰克在RF測試領域發(fā)展的創(chuàng)新歷程4927系列頻譜儀WCA200實時頻譜儀MDO 混合域分析儀1990年以前20002010

26、RSA306便攜式實時頻譜儀WCA300實時頻譜分析儀掃頻頻譜儀掃頻頻譜儀廣播電視測量廣播電視測量2014R&S 及Advantest北美總代理與R&S聯合開發(fā)CMU200第一代實時頻第一代實時頻譜儀譜儀移動通信測量移動通信測量第二代實時頻第二代實時頻譜儀譜儀(FMT)移動通信測量移動通信測量YBT250干擾分析儀第一代便攜第一代便攜實時頻譜儀實時頻譜儀干擾及基站干擾及基站測試測試TSG4100A矢量信號源及射頻器件 RSA5KB實時頻譜儀RSA3K實時頻譜儀第第三三代實代實時頻譜儀時頻譜儀(DPX一代一代)復復雜電磁雜電磁環(huán)境環(huán)境第五代實第五代實時頻譜儀時頻譜儀(DPX三三代

27、代)復復雜電磁雜電磁環(huán)境環(huán)境跨域分析跨域分析無無線無處線無處不在不在高性價比高性價比RF 測試測試低成低成本本RF測試測試RSA6K實時頻譜儀第四代實第四代實時頻譜儀時頻譜儀(DPX二代二代)復復雜電磁雜電磁環(huán)境環(huán)境H500便攜式實時頻譜儀便攜式實時頻譜儀便攜式實時頻譜儀DPX基本掃描調諧頻譜分析儀傳統(tǒng)結構基于頻率范圍的多個調諧階段缺陷眾所周知不能在時間上相關多個事件多種型號，多種價位不能很好地處理寬帶(20-165MHz)脈沖RF信號January 2250基本矢量信號分析儀整體性能較低 (更多的軟件驅動)多域相關?通常作為掃頻分析儀的選項提供RF性能受到解調帶寬影響視要求的信息帶寬，速度可

28、能會慢得多解調帶寬越多 = 成本越高January 2251掃描調諧與實時對比頻頻率率頻頻率率掃頻掃頻分析分析儀儀實時實時分析分析儀儀無無縫縫捕捕獲獲時間時間2ms + 18ms = 20ms帶寬帶寬 = 165 MHz40ms150 MS/s1幀幀 = 5.8us11,680幀幀帶寬帶寬 = 36M2ms/掃描掃描1000 pts2ms18ms再跟蹤再跟蹤 + 處理時間處理時間5840幀幀January 225253DPX視圖Digital Phosphor DPX實時頻譜顯示技術自由頻譜運行模式下短時間累積大量頻譜，重疊顯示，以色溫表示概率RSA5K 臺式實時頻譜儀78412 DFT/20ms相當于每秒 390625 DFT1秒內有一個DFT 就可以100% 發(fā)現相當于2.5us加上處理時間，100% POI指標為2.7usRSA306 高性價比實時頻譜儀10000DFT/S相當于100us加上處理時間，100% POI指標125us 54實時頻譜顯示的應用1 提高發(fā)現偶發(fā)信號的概率55實時頻譜顯示的應用1 提高發(fā)現偶發(fā)信號的概率56實時頻譜顯示的應用2 區(qū)分同頻不同概率的信號只要同一跨度內疊加在一起的信號出現的概率不同，D