如何简化 WiFi 的测试

1、如何简化 WiFi 的测试网络研讨会 2015.11孙勇泰克公司技术部射频产品经演讲者简介 孙勇 泰克科技（中国）有限公司 分销产品行业渠道开发经理 毕业于清华大学无线电系 十几年来一直从事测试仪器的研发与推广工作 泰克2001年杰出市场冠军奖获得者 自2005年起一直从事泰克无线测试产品推广工作，在无线电监测集干扰测试领域卓有成就，著有利用NetTek解决移动通信网络干扰问题发表于中国无线电管理 成功推广了泰克创新的MDO混合域分析仪 现负责泰克RF产品的推广工作3内容 WiFi 市场发展趋势 WiFi客户测试需求及面临的挑战 泰克推出 802.11a/b/g/n/

2、ac 测试方案RSA306 高性价比频谱分析仪WiFi 矢量信号分析软件具有独特的功能WiFi 测试助手程序引导客户快速进行 WiFi 预认证测试 泰克射频测试整体方案 4WiFi 市场发展趋势5 5当今世界乃是无线通信的世界2011年, 超过10亿个电子设备用于无线网络 到2015年, 将有20亿个电子设备具有 WiFi 功能 56 6无线无处不在 不仅仅在手机和PC中, 现在已经涉及到嵌入式系统, 机器到机器的对话中 (M2M)嵌入式系统的设计必须考虑无线信号 射频信号越加时变 带宽的需求飞速增长 电磁干扰问题越加严重 竞争日趋激烈 产品更新争分夺秒 无线技术发展趋势802.11 Wi-F

3、i 是最通用的无线接口 7WLAN 连接的需求增长迅猛 嵌入式系统设计师表示其现有设计中包含最多的无线功能是 Wi-Fi 2012 年 超过 25% 数字系统的设计缺陷，电源的开关以及噪声问题都有可能影响 WLAN的性能或 WLAN 的干扰也可能影响数字系统 Source: UBM Tech 2013 Embedded Market Study 802.11ac 带宽达160MHz802.11ad 等新标准正在讨论，将应用更高频段Wi-Fi是Wi-Fi Alliance（无线高保真）的简称， Wi-Fi联盟是一家全球及非营利性的行业协会，拥有300多家成员企业，共同致力于推动无线局域网络 (W

4、LANs) 产业的发展。以增强移动无线、便携、移动和家用设备的用户体验为目标，Wi-Fi联盟一直致力于通过其测试和认证方案确保基于IEEE 802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。自2000年3月Wi-Fi联盟开展此项认证以来，已经有超过4000种产品获得了Wi-Fi CERTIFIED 指定认证标志，有力地推动了Wi-Fi产品和服务在消费者市场和企业市场两方面的全面开展。什么是 WiFi-IEEE推出的第一代WLAN 标准 - 2.4G频段 -传输速率1M-11b 2.4G频段，传输速率提高到5.5M和11M -11a 5.8G频段传输速率提高到54M -传输速率提高到54M - 2.

5、4G频段 -兼容11b - 2.4G频段和5.8G频段 -传输速率提高到300M -兼容11a/11b/11g6G以下频段和60G频段传输速率不小于1Gbit/s协议正在制定和完善之中2012年802.11标准演进January 2210标准标准(已批准已批准)频段频段带宽带宽调制调制数据速率数据速率(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(每条传送流)4x4(600M)ac(2014?)5 GHz20,40,80,160, 80+80 MHzMC/OFDM (64,128,256,512)7M - 867M(每条传送流)8x8(6936M)ad(2012)60 GHz2200 MHzSC QAMSC+OFDM385M-4620M693M-6756M2.4GHz频段频段 = 无需牌照 (*)5GHz band = 无需牌照 (*) 动

7、态选择频率，发送功率控制SC = 单载波; MC = 多载波DSSS = 直序扩频; 2.4 GHz频谱WLAN通道在所有相应的802.11标准中完全相同2.4 GHz 802.11标准规定22 MHz带宽和5 MHz通道间隔 (但标称带宽为20 MHz) 邻道重叠及邻道信号会相互干扰Wi-Fi通道1, 6, 11, 或2, 7, 12, 或3, 8, 13或4, 9, 14 (如果允许)或5, 10 (允许时可能是14)可以作为集合一起使用。在默认状态下通常把Wi-Fi路由器设置成通道6，通道 1、6和11这个集合使用最广泛由于IEEE 802.11n 40 MHz获得更高的数据吞吐量，这明

8、显降低了可以使用的通道数量January 22115 GHz频谱大部分5 GHz通道落在认可的无需牌照的频段外面，因此有各种限制DFS = 动态选择频率TPC = 发送功率控制SRD = 短距离设备25 mW最大功率January 2212WLAN物理层基础知识WLAN物理层采用TDMA协议包中包含： 前置码和包头(PPDU) 前置码允许接收机获得时间+频率同步，估算通道特点，实现均衡 包头提供了与包配置有关的信息格式, 数据速率, 包长度, 等等 净荷数据 (如PSDU或MPDU) 传送用户的净荷数据January 2213前置码和包头净荷数据 PSDU或MPDUPPDU物理层 - 802.

9、11b 被调制信号一直以11 M芯片/秒的速率形成“码片”没有指定Tx滤波，因此码片是“方形”边缘，频响是Sin(x)/x发射机必须提供某种Tx滤波，以满足SEM要求频谱主波瓣带宽在零信号之间为22 MHz调制星座与BPSK或QPSK类似DSSS1M即“DBPSK” ; DSSS2M即“DQPSK”; CCK星座图看上去与QPSK类似January 2214理想的频响是Sin(x)/x 正交频分复用(OFDM)OFDM 并行数据总线 把宽带通道分到N个等间隔的副载波中 每个副载波以数字方式调制每个副载波上的数据速率相对较低 导频副载波承载已知数据码型用于同步为什么采用OFDM? 可以耐受多路径

10、效应 更好的数据吞吐量802.11x 不同修订版中副载波数量不同 调制深度改变数据速率15多个副载波单个副载波I axisQ- Axis 01110010每个副载波QAM调制物理层 - 802.11a/g/j/p (OFDM) 802.11a/g信号参数 “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 拥有10 MHz和5 MHz带宽，因此频率扩展 或，时间扩展2倍或4倍净荷(数据) 52个副载波, 48个数据副载波 + 4个导频副载波 数据副载波采用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM调制。在所有符号中相同 导频副载波(仅B

11、PSK)用来跟踪突发中的频率/相位和幅度变化January 2216参数参数值值副载波52 (48个数据副载波+4个导频副载波)副载波间隔312.5 kHzFFT二元数64码片速率20 MHz (= 64 * 312.5 kHz)信号带宽16.56 MHz(= 53 * 312.5 kHz)保护间隔Tsymb4.0 us(= Tuseful * (1+)物理层 - 802.11a/g/j/p (OFDM) January 2217物理层 - 802.11n (HT)标准物理层名称是HT (高吞吐量)在2.4和5 GHz部署“802.11a/g on steroids”更多的副载波，更宽的带宽，

12、更高的容量选配数据符号短保护间隔(1/8) (吞吐量提高10%)高达4X4 MIMO (相同带宽中有4条传送流)注：黑体数值表示与20 MHz a/g的差January 2218参数参数20 MHz40 MHz副载波56 (52d+4p)114 (108d+6p)副载波间隔312.5 kHz312.5 kHzFFT二元数64128码片速率20 MHz40 MHz信号带宽17.81 MHz36.56 MHz保护间隔, 1/8 , 1/8 Tsymb4.0, 3.6 us4.0, 3.6 us物理层 - 802.11n (HT) January 2219物理层 - 802.11ac (VHT)标准

13、物理层名称是VHT (超高吞吐量)仅部署在5 GHz频段中VHT基本上是简化的HT (n)，但扩展到更宽的带宽和更多的传送流20/40/80/160 MHz邻接带宽 选配80+80 MHz带宽模式，把160 MHz容量划分到两个80 MHz信号中，这两个信号可以位于非邻接的频率范围(通道)中高达8x8 MIMO (8条传送流位于相同的带宽中)多用户MIMO (MU-MIMO): 使用MIMO编码信号并发传送到多个用户January 2220参数参数20 MHz*40 MHz*80 MHz*160 MHz*副载波56 (52d + 4p)114 (108d + 6p)242(234d + 8p)

14、484(468d + 16p)副载波间隔312.5 kHz312.5 kHz312.5 kHz312.5 kHzFFT二元数64128256512码片速率20 MHz40 MHz80 MHz160 MHz信号带宽17.81 MHz36.56 MHz76.56 MHz156.56 MHz保护间隔, 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与HT类似* 160 MHz本质上是2 x 80 MHz物理层 - 802.11ac (VHT)January 222122WiFi客户测试

15、需求及面临的挑战WLAN 生态链: 从芯片到终端芯片设计测试需求: 高可靠性射频一致性测试高动态范围 宽带宽 系统级调测RFIC 设计设计客户量几百个射频模块设射频模块设计计客户量几千个射频嵌入式射频嵌入式系统设计系统设计客户量几万个将射频芯片集成到 WLAN 模块测试需求: 控制接口与射频芯片协同性 射频一致性测试集成 WLAN 模块到最终产品测试需求: 天线的匹配性 杂散、谐波 上电、下电 最佳射频性能最佳射频性能最优性价比最优性价比23WLAN RFIC 和射频模块设计面临的挑战 测试方案需符合高射频指标 低 EVM低 SFDR宽实时带宽 超强的实时性能 24RFIC 设计设计客户量几百

16、个射频模块设射频模块设计计客户量几千个射频嵌入式射频嵌入式系统设计系统设计客户量几万个最优性价比最优性价比最佳射频性能最佳射频性能RFIC 设计设计WLAN 嵌入式系统和射频模块设计面临的挑战测试方案需符合宽带 WLAN 测试 集成性能调测 需要跨域分析 最优性价比 N合一系统价格合理 25射频嵌入式射频嵌入式系统设计系统设计客户量几万个射频模块设射频模块设计计客户量几百个客户量几千个最优性价比最优性价比最佳射频性能最佳射频性能WLAN 生态链: 从芯片到终端芯片设计测试需求: 高可靠性射频一致性测试高动态范围 宽带宽 系统级调测RFIC 设计设计客户量几百个射频模块设射频模块设计计客户量几千

17、个射频嵌入式射频嵌入式系统设计系统设计客户量几万个将射频芯片集成到 WLAN 模块测试需求: 控制接口与射频芯片协同性 射频一致性测试集成 WLAN 模块到最终产品测试需求: 天线的匹配性 杂散、谐波 上电、下电 最佳射频性能最佳射频性能最优性价比最优性价比26没有适合的没有适合的测试方案测试方案WiFi 测试面临的挑战 射频模块的选择及调测 已经预认证过的模块大厂商的参考设计出厂前已预认证可以寻求技术支持成本高物理结构受限于参考设计 非认证模块成本低灵活性高对设计人员技术水平要求高 需要测试仪器成本低、灵活性高27Wi-Fi标准发射机测量January 2228发射机功率测量这些测试的目标是

18、检验发送功率电平 如果太低，会影响有噪声的环境中的性能； 如果太高，会影响电池续航时间，可能会出现干扰问题； 另外，必须保持在每个国家法规规定的极限范围内； 功率变化可能会降低传输质量。January 2229发送功率发送功率开关斜率发送频谱测量January 2230802.11 20MHz通道的IEEE 802.11频谱模板这些测量检验信号功率分布是否符合规范，是否满足法规限制。此外，它们提供了与可能影响信号的常见失真类型有关的信息。SEM (频谱辐射模板频谱辐射模板): 通过需要对比的模板，规定了每项802.11标准允许的信号功率分布。发送中心频率泄漏：发送中心频率泄漏：DC偏置可能会影

19、响上变频器路径中的某些发射机实现方案，通常会导致载波泄漏。这些泄漏在接收机中会表现为发送中心频率中的能量，因此称为发送中心频率泄漏。频谱平坦度频谱平坦度是衡量所有频段中功率偏差的指标。它保证功率均匀分布到整个通道中，这可能会受到输出滤波器性能影响。发送频率测量这些测试检验发射机的频率精度，这一点至关重要，它保证了接收机能够恢复其中包含的信息。此外，精密频率精度使多用户系统中的干扰达到最小。发送中心频率容限：频率误差衡量参考振荡器在发射机和预计载频上生成的载频之间的差异(未对准)。符号时钟频率容限：时钟误差是发射机和接收机上的采样时钟差异。IEEE要求应从相同的参考振荡器中导出所有发送天线的发送

20、中心频率和符号时钟频率，因此时钟误差指标和发送中心频率容限指标相同。January 2231发送调制测量这些测试提供了与整个传送链中可能影响信号质量的失真类型有关的信息常见的损毁类型包括I/Q增益和相位不匹配、符号时钟错误、群时延、相噪和压力January 2232星座图表示数字调制方案调制的信号。EVM (误差矢量幅度) 用来衡量实际星座点距星座图中理想的无差错位置的偏差(单位为% RMS或dB)。也称为发送星座误差，RMS误差在多个副载波、OFDM帧和包上进行平均。33泰克推出 802.11a/b/g/n/ac 测试方案泰克WLAN测试方案34方方案二：案二： SignalVu-PC +

21、MDO4000B1GHz带宽，可分析802.11acRF 指标高跨域分析有时域测试需求时性价比高方案三：方案三：RSA5000BDUTTektronix MDO4000BRx射频电缆DUTRx 天线方方案一：案一： RSA306 小巧 价格低 DPX 实时频谱 40MHz分析带宽仅802.11n以下RSA5000B 高端测试方案快速发现突发信号 唯一具有扫描 DPX, 和密度触发的实时频谱仪应用领域 chipset设计评估 RF 系统集成 WLAN 一致性测试 频谱管理 EMI 诊断及预认证 35165MHz 实时分析带宽 802.11 最优性价比测试 EVM 256QAM 160MHz -4

22、2 dB 36RSA306 高性价比频谱分析仪什么是RSA306高性价比频谱分析仪 377.5 in (190.5 mm)5.0 in(127 mm)1.2 in (30.5 mm )USB 3.0控制及电源N 型 RF 输入端10 MHz 参考输入外部触发输入Kensington 安全锁什么是RSA306高性价比频谱分析仪 无需供电，随身携带，高速测试，功能强大 实时频谱显示 多域同时刻矢量信号分析 40M 带宽 IQ Streaming38人民币人民币29900，6GHz频谱仪频谱仪 泰克的！泰克的！什么是RSA306高性价比频谱分析仪 比频谱仪更多的强大功能 实时频谱显示实时频谱显示 矢

23、量信号分析 时变分析时变分析 模拟调制分析模拟调制分析 数字调制分析 脉冲分析 音频分析 WLAN 分析带宽40MHz 被分析信号的带宽或频率变化范围 非频谱的频率范围39什么是RSA306高性价比频谱分析仪 RF signal analysis in your hands!触手可及的频谱分析40什么是RSA306高性价比频谱分析仪 -160dBm/Hz DANL41什么是RSA306高性价比频谱分析仪 快速杂散测试42什么是RSA306高性价比频谱分析仪 完备的RF测试功能 各种测试可同时进行43什么是RSA306高性价比频谱分析仪 可自定义的频谱模板测试44什么是RSA306高性价比频谱分

24、析仪 三维频谱（瀑布图）45什么是RSA306高性价比频谱分析仪 音频解调与录音46RSA306 软件结构30 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保护用机架框RSA306 Transit手持包RSA306 Case软包48 PC要求USB 3.0 必须，RSA306需USB3.0供电Core i7 CPU建议，DPX流畅的保障SSD 建议nSignalVu PC 软件要求-Window 7 或 Windows 8 64位-必须有 16 GB 以上硬盘空间泰克在RF测试领域发展的创新历程4927系列频谱仪WCA200实时频谱仪MDO 混合域分析仪1990年以前20002010

26、RSA306便携式实时频谱仪WCA300实时频谱分析仪扫频频谱仪扫频频谱仪广播电视测量广播电视测量2014R&S 及Advantest北美总代理与R&S联合开发CMU200第一代实时频第一代实时频谱仪谱仪移动通信测量移动通信测量第二代实时频第二代实时频谱仪谱仪(FMT)移动通信测量移动通信测量YBT250干扰分析仪第一代便携第一代便携实时频谱仪实时频谱仪干扰及基站干扰及基站测试测试TSG4100A矢量信号源及射频器件 RSA5KB实时频谱仪RSA3K实时频谱仪第第三三代实代实时频谱仪时频谱仪(DPX一代一代)复复杂电磁杂电磁环境环境第五代实第五代实时频谱仪时频谱仪(DPX三三代

27、代)复复杂电磁杂电磁环境环境跨域分析跨域分析无无线无处线无处不在不在高性价比高性价比RF 测试测试低成低成本本RF测试测试RSA6K实时频谱仪第四代实第四代实时频谱仪时频谱仪(DPX二代二代)复复杂电磁杂电磁环境环境H500便携式实时频谱仪便携式实时频谱仪便携式实时频谱仪DPX基本扫描调谐频谱分析仪传统结构基于频率范围的多个调谐阶段缺陷众所周知不能在时间上相关多个事件多种型号，多种价位不能很好地处理宽带(20-165MHz)脉冲RF信号January 2250基本矢量信号分析仪整体性能较低 (更多的软件驱动)多域相关?通常作为扫频分析仪的选项提供RF性能受到解调带宽影响视要求的信息带宽，速度可

28、能会慢得多解调带宽越多 = 成本越高January 2251扫描调谐与实时对比频频率率频频率率扫频扫频分析分析仪仪实时实时分析分析仪仪无无缝缝捕捕获获时间时间2ms + 18ms = 20ms带宽带宽 = 165 MHz40ms150 MS/s1帧帧 = 5.8us11,680帧帧带宽带宽 = 36M2ms/扫描扫描1000 pts2ms18ms再跟踪再跟踪 + 处理时间处理时间5840帧帧January 225253DPX视图Digital Phosphor DPX实时频谱显示技术自由频谱运行模式下短时间累积大量频谱，重叠显示，以色温表示概率RSA5K 台式实时频谱仪78412 DFT/20ms相当于每秒 390625 DFT1秒内有一个DFT 就可以100% 发现相当于2.5us加上处理时间，100% POI指标为2.7usRSA306 高性价比实时频谱仪10000DFT/S相当于100us加上处理时间，100% POI指标125us 54实时频谱显示的应用1 提高发现偶发信号的概率55实时频谱显示的应用1 提高发现偶发信号的概率56实时频谱显示的应用2 区分同频不同概率的信号只要同一跨度内叠加在一起的信号出现的概率不同，D