01 背景介紹

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(hào)環(huán)境和室外環(huán)境中，保證每個(gè)用戶的吞吐量。Wi-Fi 6/6E首次允許從接入點(diǎn)（AP）針對(duì)多個(gè)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(gè)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(cè)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(gè)符號(hào)時(shí)間增加了四倍，并且可以獲得更長(zhǎng)的保護(hù)時(shí)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(shí)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(gè)系統(tǒng)的容量。

物理層中最主要的變化是引入了OFDMA，相對(duì)于傳統(tǒng)模式的每個(gè)時(shí)刻只調(diào)度一個(gè)終端的業(yè)務(wù)，它可以調(diào)度多個(gè)終端同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)改善密集信號(hào)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(gè)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(duì)多終端時(shí)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(cè)試方案，測(cè)試終端在正常工作狀態(tài)下的信號(hào)質(zhì)量。此時(shí)R&SCMW寬帶無線通信測(cè)試儀可以模擬成一個(gè)接入點(diǎn)（AP）或者終端（station），與待測(cè)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(cè)試。

這種方案中，測(cè)試儀表和待測(cè)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(cè)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(dòng)，大大簡(jiǎn)化測(cè)試操作。結(jié)合羅德與施瓦茨提供的R&SCMWrun自動(dòng)化測(cè)試軟件，可以提高測(cè)試效率，降低測(cè)試復(fù)雜度。 02 R&SCMW模擬AP場(chǎng)景

接下來就介紹幾種使用R&SCMW來模擬AP的信令場(chǎng)景，測(cè)試Wi-Fi 6某些特性，測(cè)試組網(wǎng)如下：終端直接和儀器建立射頻信號(hào)連接，無需任何外部控制。

圖二：測(cè)試連接組網(wǎng)

一：TWT（target wake time）性能測(cè)試 TWT（目標(biāo)時(shí)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(shí)間，終端（station）可以確定何時(shí)以及多長(zhǎng)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(zhǎng)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(dòng)時(shí)間可以是一個(gè)較長(zhǎng)的多信標(biāo)周期，時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘，數(shù)小時(shí)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(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖三：R&SCMW設(shè)置TWT參數(shù)

二：BSS color場(chǎng)景測(cè)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(gè)終端僅連接到一個(gè)BSS，多個(gè)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(hào)，也來自相鄰的接入點(diǎn)（AP2）的信號(hào)。傳統(tǒng)模式下，AP1和AP2無法相互識(shí)別，它們彼此獨(dú)立，并且可能同時(shí)傳輸導(dǎo)致數(shù)據(jù)包，對(duì)于終端2來說就會(huì)引起沖突和干擾。

最終導(dǎo)致終端2接收的測(cè)試數(shù)據(jù)包出錯(cuò)，必須重新傳輸數(shù)據(jù)，這會(huì)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(hào)的前導(dǎo)同步碼，根據(jù)每個(gè)AP分配不同BSS color ID，終端可以根據(jù)這個(gè)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(hào)，只和自己的BSS通訊，這樣最大程度減少了干擾。在R&SCMW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)

三：Trigger Burst 發(fā)射機(jī)測(cè)試 在OFDMA上行鏈路中，當(dāng)觸發(fā)上行業(yè)務(wù)時(shí)，終端將承載數(shù)據(jù)包的上行信號(hào)發(fā)送到接入點(diǎn)（AP）。為確保多個(gè)DUT此過程無沖突，需要接入點(diǎn)（AP）定義消息，將哪個(gè)RU分配給哪個(gè)終端，發(fā)送多少數(shù)據(jù)，以及每個(gè)終端發(fā)射功率，這個(gè)調(diào)度的信息至關(guān)重要。來自不同終端的信號(hào)必須同時(shí)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(hào)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(zhǎng)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(shí)間間隔之后，開始發(fā)送上行數(shù)據(jù)包信號(hào)。

圖五：trigger burst 示意圖 R&SCMW中Wi-Fi信令方式可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單trigger burst參數(shù)配置，并且實(shí)時(shí)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(cè)試效果示意圖 在trigger burst上行信號(hào)測(cè)試中，終端用戶的 時(shí)間誤差和頻率誤差會(huì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，在測(cè)試中必須覆蓋這兩個(gè)項(xiàng)目。尤其是時(shí)間誤差，為了確保不同終端并行傳輸時(shí)互相之間不會(huì)相互干擾，上行發(fā)射信號(hào)必須同時(shí)到達(dá)接入點(diǎn)接收機(jī)端。否則，不同信號(hào)之間的定時(shí)偏移將導(dǎo)致符號(hào)間干擾，影響信號(hào)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(cè)試場(chǎng)景，當(dāng)然還有一些特性，也需要類似的信令場(chǎng)景模擬，比如NDP sounding的流程，MU接收機(jī)測(cè)試，這些都可以在R&SCMW中來實(shí)現(xiàn)，這里不一一列舉。

03 R&SCMW模擬終端場(chǎng)景

針對(duì)某些AP的產(chǎn)品，R&SCMW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(cè)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(cè)試。

一：接收機(jī)測(cè)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(cè)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(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且直接發(fā)送。然后儀器會(huì)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(cè)試的操作。如果通過搭配自動(dòng)化軟件，可以快速實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)，各個(gè)信道下的接收機(jī)性能遍歷。

圖七：接收機(jī)測(cè)試結(jié)果圖

二：下行的OFDMA信號(hào)測(cè)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(hào)，同時(shí)承載多個(gè)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(hào)可能并不是滿帶寬的，與傳統(tǒng)WLAN信號(hào)之間差異較大，那么相應(yīng)的OFDMA信號(hào)的指標(biāo)測(cè)試，也必須包含在儀器的測(cè)試功能中。

圖八：OFDMA信號(hào)測(cè)試圖

圖九：不同RU的測(cè)試結(jié)果 如上兩圖，就是R&SCMW實(shí)測(cè)的AP發(fā)射出來的OFDMA的信號(hào)，里面可以很直觀的得出各個(gè)不同用戶信號(hào)的質(zhì)量和功率的結(jié)果。

04 總結(jié)

由于802.11ax （Wi-Fi 6）技術(shù)相對(duì)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(cè)試內(nèi)容和項(xiàng)目上也相應(yīng)的提高了要求。R&SCMW的信令測(cè)試功能針對(duì)Wi-Fi 6測(cè)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(cè)試，可以全面和有效的保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)于羅德與施瓦茨

羅德與施瓦茨是測(cè)試與測(cè)量、廣播電視與媒體、航空航天|國(guó)防|安全以及網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商。作為一家獨(dú)立的技術(shù)集團(tuán)，羅德與施瓦茨創(chuàng)新性的通信、信息和安全產(chǎn)品為工業(yè)領(lǐng)域和政府部門的相關(guān)客戶提供了一個(gè)更安全和互聯(lián)的世界。截止到2020年6月30日，羅德與施瓦茨公司員工人數(shù)約為12,300名。2019/2020財(cái)年（2019年7月至2020年6月），集團(tuán)營(yíng)業(yè)收入為25.8億歐元。公司總部設(shè)在德國(guó)慕尼黑，在70多個(gè)國(guó)家設(shè)有子公司并在亞洲和美國(guó)設(shè)有區(qū)域中心。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：Wi-Fi 6設(shè)備在信令場(chǎng)景下應(yīng)用

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