目前市場上最新的WLAN/WiFi設(shè)備是基于802.11ac協(xié)議。幾年前這個協(xié)議在推出時,，曾被認(rèn)為是市場上最快的連接協(xié)議——相較于1999年發(fā)布的802.11b,，它的速度增進(jìn)了80倍,。然而，在有多個用戶同時訪問AP時,，它的性能就達(dá)不到那么好了,。

為此，IEEE協(xié)會開發(fā)了新的802.11ax協(xié)議,。這個協(xié)議采用了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)來解決多用戶訪問的問題,。然而，協(xié)議雖好,，卻也帶來了不小的測試挑戰(zhàn),。

日前，測試測量大廠——美國國家儀器（NI）在EDI CON和PXI TAC大會上,，分別針對802.11ax標(biāo)準(zhǔn)草案1.1發(fā)布了用于研發(fā)測試和生產(chǎn)測試用的軟件工具包,。在媒體見面會和本刊的專訪上，該公司為我們詳細(xì)解讀了802.11ax當(dāng)中采用的關(guān)鍵技術(shù),，并透露了5G原型化設(shè)計(jì)和測試的最新進(jìn)展,。

WLAN測試工具包17.0：讓802.11ax測試可以利用既有VST硬件實(shí)現(xiàn)

熟悉NI的工程師應(yīng)該知道，該公司的優(yōu)勢是以軟件為核心,。WLAN測試采用的是矢量信號收發(fā)器（VST）,。NI通過發(fā)布軟件工具包的方式，來使既有的VST硬件可以進(jìn)行802.11ax協(xié)議測試,。

NI射頻技術(shù)市場工程師屠方澤告訴記者,，NI的矢量信號收發(fā)儀是一款明星產(chǎn)品——如果把NI銷售的第一代VST的高度疊加起來，比世界最高的高樓迪拜塔還要高,。該公司在2016年推出了第二代矢量信號收發(fā)儀PXIe-5840,。這款產(chǎn)品在一個雙插槽PXI Express模塊中結(jié)合了一個6.5GHz RF矢量信號發(fā)生器、6.5GHz矢量信號分析儀,、高性能用戶可編程FPGA以及高速串行和并行數(shù)字接口,。它具有1GHz帶寬，覆蓋范圍為9kHz至6.5GHz,，應(yīng)用范圍非常廣,，包括802.11ac/802.11ax設(shè)備測試、移動/物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備測試,、5G設(shè)計(jì)和測試,、RFIC測試和雷達(dá)原型等各種應(yīng)用。

對于802.11ax測試,，NI發(fā)布了可支持IEEE 802.11ax標(biāo)準(zhǔn)草案1.1的WLAN測試工具包17.0。這款工具包的發(fā)布,，使該公司客戶能夠利用既有的矢量信號收發(fā)儀硬件進(jìn)行802.11ax測試,。

802.11ax開腦洞：交通擁堵可以架設(shè)立交橋,，網(wǎng)絡(luò)擁堵也可以采用此辦法

NI把802.11b和802.11ac協(xié)議形象地比作摩拜單車和法拉利跑車。然而,，即便是法拉利跑車,，也會遇到一些瓶頸和困難——如果有很多用戶在同一時間去訪問網(wǎng)絡(luò)時，問題就產(chǎn)生了,。

“即便你有一輛法拉利跑車,，但如果你把它開在像上海深圳這樣交通非常擁堵的情況下，它也發(fā)揮不了它的性能,。因此,，802.11ac如果處在用戶比較擁堵的情況下，整體性能就不會太好,?！泵绹鴩覂x器（NI）產(chǎn)品市場總監(jiān)Jason White打比喻說，“新的802.11ax協(xié)議,，市場上又將其稱為高效率的WLAN,。它強(qiáng)調(diào)的是效率高，特別是在網(wǎng)絡(luò)比較擁堵的時候,，允許更多的用戶去訪問網(wǎng)絡(luò)資源,。”

802.11ax當(dāng)中導(dǎo)入了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),。比如在調(diào)制上,，它采用了更高端的1024QAM。它針對上下行采用跟LTE中同樣的OFDMA（正交頻分多址接入）技術(shù),，來允許多個用戶在同一時間訪問,。此外，它加入了MU-MIMO（多用戶多輸入多輸出）天線技術(shù),，目的在于提升整體功率使用,。

具體來說，從802.11ac到802.11ax所做的改善,，它使用了波束調(diào)整（beam steering）,，并在空間中允許更多使用者訪問?！?02.11ac側(cè)重于給單一使用者最高的速度,，就好像給專人開專道一樣。而802.11ax則是讓大家都能有相當(dāng)好的體驗(yàn),，獲得應(yīng)有的帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源,。” Jason White表示。

802.11ax的改變也帶來了幾個新的測試挑戰(zhàn),。首先,，它使用1024QAM，造成子載波與子載波之間的間隔變得更小——無論是在芯片組本身需要有非常好的相位噪聲或是相位線性度,，還是在測試儀器方面需要相位噪聲更好,。同時，802.11ax 8x8多天線輸入輸出,，要求8個通道之間要有更好的同步,，因此矢量信號收發(fā)儀也要在多通道之間有更好的同步機(jī)制。

802.11ax協(xié)議的測試項(xiàng)目有一部分繼承了802.11ac,，但是802.11ax協(xié)議在整體上更加復(fù)雜,，因此也帶來了一些更復(fù)雜的測試細(xì)節(jié)。此外,，它也導(dǎo)入了一些新的測試項(xiàng)目,，如Unused Tones Error。因?yàn)橛卸嘤脩舻臋C(jī)制,，所以即便不是旁邊的使用者,，它也需要針對臨近子載波去進(jìn)行測試。另外,，它也增加了一些新的子站測試項(xiàng)目,。

高通利用NI VST+WLAN測試套件，將WiFi芯片測試速度提升200倍

在問答環(huán)節(jié),，Jason White告訴記者,，WLAN測試工具包17.0不僅支持802.11ax，而且支持以前的802.11a/b/g/n/ac/af/ah/p,。除了這個工具包以外,，NI同時還有其他工具包，比如蜂窩工具包,，支持2G,、3G、4G等不同代的通信協(xié)議,。

對于降低成本或提升測試速度的具體案例,，他表示，最顯著的是WiFi芯片大廠——高通,。該公司使用NI矢量信號收發(fā)儀,，搭配這款WLAN測試套件，成功地將WiFi芯片的測試速度提升了200倍,。同時,，因?yàn)镹I平臺的靈活性,，他們進(jìn)一步縮短了上市時間。

另外,，現(xiàn)在的設(shè)備需要有更大的帶寬,，這對芯片商和測試儀器商都面臨相同的挑戰(zhàn),。因此NI在設(shè)計(jì)第二代VST時,，在上面設(shè)置了1GHz帶寬。這是為了針對現(xiàn)在WiFi以及未來5G的測試需求,?！半m然現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議并未要求用到1GHz帶寬，但是在諸如DPD（數(shù)字預(yù)失真）的測試情況下,，即便本身信號只有200MHz,，但是它需要更多旁邊的帶寬去做預(yù)失真處理測量。因此現(xiàn)在所關(guān)注的不僅是帶寬內(nèi)的信號,，對于很多的信號處理,，帶寬以外的信號也需要進(jìn)行測量。因此不管是在軟硬件還是平臺方面,，NI都確保其用戶可以滿足未來的測試需求,。” Jason White表示,。

另外對于草案的升級,，他指出，802.11ax雖然目前還在草案階段,，沒有進(jìn)入終版階段,，但這不是很復(fù)雜的問題。因?yàn)檫^去802.11ac也是一樣,。在IEEE協(xié)會定到最終版協(xié)議之前,，市場上的終端產(chǎn)品，比如AP,、路由器或dongle上,，其實(shí)就已宣稱提供草案版支持。

WTS 1.3結(jié)合WLAN測試工具包17.0,，形成802.11ax研發(fā)到生產(chǎn)完整流程

在PXI TAC大會,，NI針對802.11ax生產(chǎn)測試也推出了WTS 1.3工具包。屠方澤在專訪時告訴記者,，WTS 1.3版本和WLAN測試工具包17.0正好是一個完整的流程,。WLAN測試工具包17.0更針對于前期的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，WTS IS 1.3+WTS則更適合于產(chǎn)線測試,?！半m然目前新型的adapter還沒有出來,，但是今年很快將迎來802.11ax的元年。為了為未來產(chǎn)線測試做好準(zhǔn)備,，NI發(fā)布了WTS 1.3,。”屠方澤表示,。

“NI在EDI CON上發(fā)布的WLAN測試工具包17.0用于研發(fā)端的設(shè)計(jì),、驗(yàn)證、測試,，有靈活的軟面板可以看結(jié)果,。同樣的IP和儀器控制也放在產(chǎn)線測試上，WTS中也同樣是PXI設(shè)備,。NI發(fā)布WTS去支持產(chǎn)線測試的需求?，F(xiàn)在從研發(fā)端到測試端完全覆蓋?！彼a(bǔ)充說,。

WTS是封裝在PXI機(jī)箱里的，其原因是這樣的封裝對于射頻接口,，比如天線接口,，更適合產(chǎn)線工人使用。而且WTS里也集成了adapter control,，可以控制每個芯片去產(chǎn)生相應(yīng)的功能,，更快地寫完測試程序。配合WTS硬件使用的軟件是WTS IS,，不僅包括802.11ax,，還包括GSM、CDMA2000,、藍(lán)牙,、ZigBee等等不同測試協(xié)議，都可以使用同一款WTS測試硬件去實(shí)現(xiàn)整體測試,。

它具有不同的端口配置,，包括8端口和16端口，去實(shí)現(xiàn)多adapter的測試需求,。

NI自動化測試中國區(qū)技術(shù)市場經(jīng)理陳宇睿補(bǔ)充道：“今天的發(fā)布是軟件發(fā)布,，去支持最新的802.11ax。這其實(shí)是我們的優(yōu)勢,。新的協(xié)議出來,，用戶不用去買新的測試儀。它在硬件上沒有太多的變化,，內(nèi)部可能有小小提升,，比如處理器,、帶寬等等，但本質(zhì)上是通過軟件來兼容最新的協(xié)議,。比如我們以前的WTS,，802.11ac項(xiàng)是ready的。現(xiàn)在我們相當(dāng)于在軟件上將功能擴(kuò)展到了802.11ax,。這樣,，比如做AP的廠商——例如早上講的Ruckus Wireless的案例，在成本上就會有相當(dāng)大的節(jié)省,。另外,，它不只是支持WLAN，像藍(lán)牙,、ZigBee和Z-Wave等也都可以用它來進(jìn)行測試?！?/p>

“對于802.11ax性能的提升,，有一個比較好的例子，比如我們?nèi)タ囱莩獣?，要么你手機(jī)收不到WiFi信號,，要么邊上有個通信車，專門給你供WiFi信號,。比如Ruckus Wireless的案例,，他們在里約世界杯的場館布置WiFi，專門為了解決這個問題,。今后有了802.11ax,，這個問題會更容易解決?！?/p>

未來5G低于6GHz的部分可用VST測試,，而毫米波部分困難重重

此外，對于5G的進(jìn)展,，NI也接受了本刊的專訪,。Jason White告訴記者，5G目前有兩個側(cè)重點(diǎn),，一個是低于6GHz的帶寬上,，我們要針對頻譜的使用做到更優(yōu)化更有效使用。在這其中,，Massive MIMO系統(tǒng)帶來了更好的在多通道之間同步的機(jī)制,。針對這個設(shè)計(jì)，DSP廠商面臨一些挑戰(zhàn),，例如在Beamsteering（波束控制）或者在Beamforming（波束賦形）上,，過去是針對8個天線去做,，前段時間University of Bristol跟NI合作，實(shí)現(xiàn)了128個通道同步,。

另外在毫米波的部分,，即5G大于6GHz的平臺上，它目前細(xì)分為兩塊,。第一塊是大家對毫米波了解得還不多,，所以還在做很多通道模型的建立，做信道測量,，同時針對在開放空間,、密閉空間各種情形下的衰減狀況。另外,，毫米波上需要在成本,、體積和功率這三者之間取得比較好的平衡。現(xiàn)在的IC工藝,，毫米波因?yàn)槠洳ㄩL比較短,，所以可以把天線集成在IC上，相應(yīng)就產(chǎn)生了一些功率上的問題,。因此,，3GPP對5G的實(shí)施分為兩個階段。第一個階段還是側(cè)重在小于6GHz的平臺上,。

圖：毫米波系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)平臺

另外,，NI在耕耘5G用戶上不只是針對學(xué)術(shù)研究單位，同時也針對一些商業(yè)公司,，比如NOKIA,、NTT DOCOMO、SK等等,，以及院校和科研單位,、design house或是電信運(yùn)營商進(jìn)行緊密合作，以確保其平臺的擴(kuò)展性,，在未來能夠滿足各式測試需求,。

NI BD經(jīng)理馬國華補(bǔ)充說，5G現(xiàn)在還處在一個純標(biāo)準(zhǔn)制定的階段,，所以它帶給大家最有趣的部分是帶來的更多的業(yè)務(wù)模型,。比如毫米波，這是以前從來沒有的,。另外,，它在低于6GHz并不是帶來很大的帶寬，而是通過Massive MIMO等技術(shù),，來支撐新的業(yè)務(wù)模式,。所以對于5G標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研,，如果從物理層來講，譬如一些最領(lǐng)先的公司,，他們會著重研究怎么把無線信道,，即Massive MIMO、Beamforming（波束賦形）,、Channel Sounding（信道測量）等運(yùn)用起來,。NI在其中提供了一個很好的硬件平臺——SDR平臺，讓他們可以做Channel Sounding,，無論是在低于6GHz,，還是毫米波頻段。

另外,，5G的落實(shí)最開始是在RF IC——沒有芯片就沒有任何設(shè)備,。NI對應(yīng)于此就有一些非原型、非SDR的平臺,，去支撐客戶RF IC生產(chǎn)測試,。另外就是還有一些為以后產(chǎn)業(yè)化RF IC的射頻硬件等方案做配合。

對于未來5G測試解決方案,，Jason White表示，NI針對小于6GHz的部分提供第二代矢量信號收發(fā)儀VST2.0（即上述亦可測試802.11ax的產(chǎn)品）,。在大于6GHz,，也就是毫米波的部分，目前大部分測試使用的是臺式儀器,。大部分臺式儀器最大只有40GHz,，這些既有儀器當(dāng)初是為了軍工國防測量設(shè)計(jì)的，對于未來5G上較大的帶寬不見得適合,。另外這類儀器還面臨成本很高的問題,。NI跟前期的使用者合作下一代毫米波測試儀的時候，目標(biāo)是要提供給使用者很好的測量精度,，同時在靈活性以外,，還要提供使用者可負(fù)擔(dān)的成本。

另外,，針對Verizon聯(lián)合愛立信,、三星、諾基亞等開發(fā)的Verizon 5G標(biāo)準(zhǔn),，NI在目前既有的硬件套件上也可以搭載其基于Verizon 5G spec的參考架構(gòu),。Verizon可能想要先行去影響3GPP，但是這之中應(yīng)該還是會有一些差異,。但是Verizon定下標(biāo)準(zhǔn)的時候,，他們假定是在未來等到3GPP new radio的N2定下來之后,，通過軟件升級的方式實(shí)現(xiàn)達(dá)成。

因此,，NI作為測試廠商來說,，不論是Verizon 5G或者是未來3GPP new radio的N2部分，需要確保我們有一個高靈活性的平臺,。它具備幾種能力,。一是在頻率上有靈活性，因?yàn)?G未來工作的頻段不一定,。二是帶寬,。目前市場上，Verizon 5G提出的是800M的帶寬,，NOKIA先前提的是2G的帶寬,。3GPP也分第一階段和第二階段。NI是在硬件上一次滿足到3GPP第二階段上2GHz帶寬的需求,，同時確保其設(shè)備上處理算法的計(jì)算能力,。PXI平臺上有高速的FPGA，也使用到多核心Intel Xeon處理器等等,，就是為了確保在未來5G的協(xié)議里面不管變得多復(fù)雜,，其都能夠使用CPU的通用運(yùn)算，或者是運(yùn)用FPGA硬件的電路等級運(yùn)算達(dá)成,。另外在軟件上,，未來很多的升級都會通過軟件實(shí)現(xiàn)，而不是再對硬件進(jìn)行修改,，從而避免重復(fù)性投資,。

馬國華補(bǔ)充說，傳統(tǒng)的儀表公司注重的價值是怎么能夠測得非常準(zhǔn)確,。而NI是在搭建一個SDR平臺,，基于這個平臺，客戶再去做它的Channel Sounding,，再去做衍生出來的測試測量?，F(xiàn)在在任何新標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，實(shí)際需要的是一個通用的軟件無線電平臺,。大的5G玩家基于NI的平臺收集數(shù)據(jù),，研究之后可以制定它的標(biāo)準(zhǔn)。NI平臺在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中,，強(qiáng)調(diào)的是其SDR,。

另外，Jason White指出，5G測試需求的演進(jìn)并不是革命性的,，而是逐步演進(jìn)的,。5G的過渡前面有4.5G，像載波聚合這樣的技術(shù)其實(shí)4G就已采用了,，未來5G會聚合更多的載波,。比如，Verizon 5G的spec上面就聚合了8個100MHz的載波,，所以顯然載波聚合會需要越來越多的大頻寬測試需求,。另外在毫米波的部分，雖然其整體測試還不知道怎樣,，但是在無線通信的演進(jìn)過程中不變的是EVM或鄰近通道Power ACP等等,，這些測量項(xiàng)不管用什么樣的協(xié)議幾乎都要測試。其中一個可以借鑒的是,，802.11ad中已經(jīng)使用毫米波頻段,。另外，毫米波上會有比較大的測試項(xiàng)變革：目前很多測試是有連接線的,，未來會有更多的over the air,，可能是要在一個chamber中，然后用一個hole antenna去對著待測物進(jìn)行測試,。原因在于毫米波之后,，有很多天線在半導(dǎo)體工藝上已經(jīng)被集成上去，我們已經(jīng)沒有任何節(jié)點(diǎn)可以直接去做有線連接測試,。