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WiFi7技術(shù)及無(wú)線測(cè)試設(shè)備
閱讀：418 發(fā)布時(shí)間：2024-8-24隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新興應(yīng)用場(chǎng)景如元宇宙概念下的沉浸式AR/VR；多人4K/8K高清視頻會(huì)議、云端辦公場(chǎng)景；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸；大型網(wǎng)絡(luò)游戲等均對(duì)無(wú)線通信的輸出傳輸有超高的數(shù)據(jù)初速速率，高可靠性、低時(shí)延的要求。
WiFi7的設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用現(xiàn)有的2.4GHz和5GHz頻段以及6GHz頻段，兼顧高性能和高可靠性兩方面特性，使得WiFi速率達(dá)到30Gbit/s以上，時(shí)延降低到5ms以下，使得WiFi7產(chǎn)品既能向下兼容現(xiàn)有的WiFi4，WiFi5和WiFi6的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也能在6GHz頻段提供高的吞吐量和低時(shí)延性能，滿足日益增多的新興應(yīng)用場(chǎng)景。
一、新一代WiFi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——關(guān)于WiFi7的核心技術(shù)
WiFi7是新一代WiFi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也稱(chēng)其為高吞吐量標(biāo)準(zhǔn)為（Extreme High Throughput，EHT）。為了達(dá)到更高的性能，WiFi7采用了320MHz帶寬、4096QAM高階調(diào)制、多空間流(MIMO)、多鏈路操作（MLO）等多種技術(shù)來(lái)提升數(shù)據(jù)速率和優(yōu)化頻譜效率。我們先來(lái)看一下WiFi物理層數(shù)據(jù)速率的計(jì)算公式：
在上述公式中，
表示傳輸使用的載波數(shù)量，即頻譜帶寬；
表示傳輸使用的空間流，就MIMO的數(shù)據(jù)流數(shù)量；
表示每個(gè)QAM調(diào)制符號(hào)攜帶的數(shù)據(jù)bit位數(shù)。也就是說(shuō)，WiFi的MAX數(shù)據(jù)速率和傳輸數(shù)據(jù)使用的頻譜帶寬，使用的空間流數(shù)量和QAM調(diào)制符號(hào)攜帶的數(shù)據(jù)bit位數(shù)成正比關(guān)系。我們通過(guò)對(duì)比WiFi5，WiFi6和WiFi7的主要技術(shù)指標(biāo)（如圖一所示）可以發(fā)現(xiàn)，WiFi7通過(guò)在6GHz頻段使用320MHz的信道帶寬，和4096QAM的調(diào)試方式，配合8X8MIMO的多空間流，在單頻連接的情況下，可以將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到23Gbps，接近WIFI6的速率的2.4倍。如果再配合多鏈路運(yùn)行模式，疊加上5GHz頻段160MHz帶寬和2.4GHz頻段20MHz帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，WiFi7的數(shù)據(jù)傳輸總速率可以高達(dá)36Gbps，而且在三頻同時(shí)連接的工作模式下，WiFi傳輸可以更穩(wěn)定和更低的時(shí)間延遲。
圖一 WiFi5/6/7的技術(shù)指標(biāo)
WiFi7采用了諸多的新特性技術(shù)，那么在生產(chǎn)WiFi7產(chǎn)品的過(guò)程中，必然需要在研發(fā)、生產(chǎn)和合規(guī)檢測(cè)等等環(huán)節(jié)使用測(cè)量?jī)x表對(duì)其各種射頻指標(biāo)或進(jìn)行校準(zhǔn)，或進(jìn)行驗(yàn)證，那測(cè)試WiFi7的新特性，都對(duì)儀表的硬件有哪些要求呢？讓我們一一來(lái)看：
（1）320MHz帶寬
WiFi7在擁有更寬頻譜帶寬的6GHz頻段(5925—7125MHz，共計(jì)1200MHz帶寬)能夠使用連續(xù)的320MHz帶寬進(jìn)行射頻信號(hào)收發(fā)，這要求儀表的頻率范圍能達(dá)到7.125GHz，同時(shí)儀表的信號(hào)源和分析儀的基帶帶寬要大于320MHz。
（2）4096QAM高階調(diào)制
在調(diào)制信號(hào)中，越高階的QAM調(diào)制意味著更密的星座圖距離，也就意味著產(chǎn)品的射頻接收器和發(fā)射器需要有更精準(zhǔn)的調(diào)制精度。誤差矢量幅度(Error Vector Magnitude, EVM) 是量化信號(hào)調(diào)試質(zhì)量的重要指標(biāo)。如圖二所示，WiFi7采用的高階4096QAM調(diào)制的EVM測(cè)試要求要≤-38dB，這對(duì)WiFi7的測(cè)量?jī)x表的硬件殘留EVM有了更高的要求。
圖二 WiFi7 EVM的指標(biāo)要求
（3）多空間流
多空間流(MIMO)：在現(xiàn)有WiFi7的規(guī)范中，定義了MIMO支持高8個(gè)數(shù)據(jù)流，WiFi7的愿景是能夠支持16個(gè)數(shù)據(jù)流。目前出貨的WiFi產(chǎn)品，支持MIMO的超過(guò)50%。絕大部分產(chǎn)品是2x2、3x3和4x4，而支持8x8的產(chǎn)品鳳毛麟角。因此，對(duì)測(cè)量?jī)x表來(lái)說(shuō)，具有支持320MHz帶寬的4x4MIMO的測(cè)試能力，是測(cè)量WiFi7的必選。
（4）多鏈接操作
多鏈接操作（Multi-Link Operation，MLO）：在4G和5G技術(shù)里，載波聚合技術(shù)是提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的絕招。終于在WiFi世界里，也引入了類(lèi)似的多鏈接技術(shù)MLO。WiFi7協(xié)議定義了多鏈路設(shè)備(Multi-Link Device，MLD)，支持AP和STA之間同時(shí)建立多條鏈路，實(shí)現(xiàn)多鏈路聚合，可以顯著提高吞吐量并減少延遲。對(duì)于WiFi6及之前協(xié)議的AP和STA，它支持兩個(gè)或三個(gè)頻段，端到端之間只能建立一個(gè)鏈路。WiFi7 MLO工作模式和WiFi6及之前協(xié)議的STA多頻段支持區(qū)別如圖三所示。對(duì)于WiFi7協(xié)議的MLD AP和MLD STA對(duì)于MLD設(shè)備的測(cè)量，儀表至少需要具備兩路RF通路來(lái)同時(shí)收發(fā)多頻段信號(hào)，信令儀表還需要具有同時(shí)模擬多個(gè)AP或STA的能力，才能測(cè)試MLD設(shè)備的多鏈接操作的能力。
圖三 WiFi7 MLO
二、CMP180和CMX500——著眼于未來(lái)的R&S WiFi7測(cè)試方案
做無(wú)線通信的測(cè)試測(cè)量?jī)x表，R&S是認(rèn)真的，更是專(zhuān)業(yè)的！對(duì)于WiFi7技術(shù)的測(cè)試，R&S準(zhǔn)備了兩套寬帶綜測(cè)儀方案：非信令無(wú)線通信綜測(cè)儀CMP180和信令CMX500。
（一）CMP180非信令無(wú)線通信綜測(cè)儀
CMP180作為一臺(tái)高性能非信令無(wú)線通信綜測(cè)儀，用于生產(chǎn)和研發(fā)測(cè)試，詳細(xì)信息如圖四所示。
圖四 CMP180信息總覽
CMP180擁有更好的射頻性能如高達(dá)8GHz的頻率覆蓋，寬達(dá)500MHz的中頻帶寬和在320MHz帶寬下低至48dB以下的儀表EVM，結(jié)合內(nèi)置RF雙通道的硬件設(shè)計(jì)，單表可以實(shí)現(xiàn)對(duì)WiFi7 320MHz帶寬下的SISO和2x2MIMO信號(hào)的精準(zhǔn)測(cè)量，輕松應(yīng)對(duì)WiFi7產(chǎn)品在研發(fā)和生產(chǎn)中的射頻測(cè)試需求。CMP180同時(shí)具有兩臺(tái)儀表組合升級(jí)成CMPflexx系統(tǒng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)WiFi7 4x4MIMO和多鏈路操作下的射頻測(cè)試能力。雖然CMP180應(yīng)WiFi7而生，它同樣是一臺(tái)集蜂窩和非蜂窩測(cè)試技術(shù)于一身的多功能儀表，已通過(guò)高通、聯(lián)發(fā)科、博通多家芯片廠家工具的集成，基本可以做到拿來(lái)就用。
圖五 CMP180 MLD 測(cè)試
（二）CMX500新一代無(wú)線通信測(cè)試儀一體機(jī)
CMX500是R&S新一代無(wú)線通信測(cè)試儀一體機(jī)，支持LTE，5GNR，WiFi等多種信令測(cè)試。儀表采用模塊化和可擴(kuò)展的硬件設(shè)計(jì)，射頻單元的數(shù)量可以根據(jù)需要靈活配置1 到4 塊， 射頻單元的頻率上限支持到8GHz，單個(gè)射頻單元有8個(gè)射頻口，內(nèi)置開(kāi)關(guān)矩陣，可以實(shí)現(xiàn)四路同時(shí)輸出和2路同時(shí)輸入，下行1GHz和上行500MHz的工作帶寬，可以滿足WiFi7 6GHz頻段320MHz帶寬信號(hào)的測(cè)試需要。
圖六 CMX500 可擴(kuò)展的硬件
儀表內(nèi)置Linux 操作系統(tǒng)，采用基于Web 網(wǎng)頁(yè)的GUI 操作界面CMsquares 進(jìn)行測(cè)試，界面美觀，應(yīng)用靈活。
圖七 CMX500 WiFi信令測(cè)試界面
儀表內(nèi)置數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)中心，高可以滿足20Gbps 應(yīng)用層端到端吞吐量測(cè)試。儀表還內(nèi)置了WiFi協(xié)議分析工具，因此一臺(tái)CMX500 即可完成WiFi協(xié)議、射頻、應(yīng)用等各項(xiàng)測(cè)試。目前CMX500已實(shí)現(xiàn)對(duì)WiFi7及以下協(xié)議的SISO和2x2MIMO的信令測(cè)試及應(yīng)用層數(shù)據(jù)吞吐量的測(cè)試，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)WiFi的MLO技術(shù)的性能測(cè)試。
圖八 CMX500 測(cè)試WiFi7信令
三、結(jié)語(yǔ)
R&S針對(duì)WiFi7產(chǎn)品的特性，推出了多端口多通道非信令綜測(cè)儀CMP180和多端口多通道信令綜測(cè)儀CMX500，并在隨著WiFi7產(chǎn)品的測(cè)試需求，逐步優(yōu)化和功能演進(jìn)，確保能夠滿足生產(chǎn)，研發(fā)和認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室等客戶對(duì)射頻測(cè)試的需求。