測試802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac的研讀整理

工作上必須去量測DUT的Wifi訊號
而量測的工具是LitePoint IQ2010
看之前可以先讀這篇: 網路架構大概論6-看懂無線網路 802.11 b/g/n/ac 演進歷史 熟習WiFi故事前後關係

這是IEEE所定出來的規範,無線技術從802.11開始發展,再延伸出802.11b/g/n是縮寫各自都是代表不同的規範,但都是建構在802.11下開發出來的無線技術所以802.11b/802.11g/802.11n,載波頻段在2.4GHz,b/g/n技術稍微不同所以速率也是有所提升,以最高速度來說802.11n > 802.11g > 802.11b。

802.11ac是802.11a的進階版(增加頻寬,增加調變能力,etc),所以才叫做802.11ac而不叫做802.11c,而802.11a與802.11ac採使用的主要頻段是5GHz,其中802.11n也有5GHz的技術。802.11ac是目前base on 802.11延伸出的無線技術中,傳輸速度最快的。

比較夯的Protocol

802.11a (5GHz)
802.11b
802.11g
802.11n
802.11ac (關於測試的說明)

Modulation(調變)

  • OFDM- 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac
    Orthogonal frequency-division multiplexing 正交分頻多工, OFDM 是一種資料編碼的技術,利用在不同頻段同時傳送資料以增加傳輸速率,其目的除了可以善加利用寶貴的頻譜外,更可以克服頻率選擇性殘衰頻道 (frequency selective fading channel)。OFDM符號的調變與解調是交由BPSK、QPSK、16-QAM或64-QAM等四種鍵控調變技術執行,並在搭配不同通道編碼率的情況下,提供八種不同的資料傳輸率
  • DSSS- Legacy, 802.11b, 802.11g
    direct-sequence spread spectrum 直接序列展頻, 在傳送端,直接用高碼率的展頻碼序列去擴充功能訊號的頻譜,在接收端,用相同的展頻碼序列將訊號解擴,把展寬的訊號還原到原始狀態。
  • FHSS- Legacy
    Frequency-hopping spread spectrum 跳頻展頻, 是展頻技術的一種;經由載波快速在不同頻率中切換,並在接收與發射端使用一種偽隨機(PseudoRandom)的過程。

頻寬(MHz)
頻寬有兩個涵義
一種是指頻率範圍(width of a frequency band) ,以Hz (Hertz)為單位 (也就是此處用法)
另一種則是我們熟悉的通訊線路的資料速率(data rate),可用bits per second來表示
另一個和頻寬有關的觀念是所謂的傳輸效率(throughput) ,代表實測的頻寬

  • HT20- 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n HT(High Throughput)20MHz
  • HT40- 802.11n, 802.11ac HT(High Throughput)40MHz
  • HT80- 802.11ac HT(High Throughput)80MHz
  • HT160- 802.11ac HT(High Throughput)160MHz

專有名詞

還滿多可以從這份文件Practical Manufacturing Testing of 802.11 OFDM Wireless Devices找到的

  • Constellation Diagram: 星座圖
    The Constellation Diagram is a representation of a signal modulated by a digital modulation scheme. The plots in Figure 6 show
    typical constellations for an OFDM signal. The green constellation points represent the information from the pilot subcarriers; the
    red constellation points, the data on the subcarriers. (From litepoint)
  • EVM :誤差向量幅度(Error Vector Magnitude)
    可以檢測出數位調變訊號的品質,並且找出射頻訊號失真的原因及可能發生失真的電路位置,包括:功率放大器的增益壓縮 (gain compression)、本地振盪貫穿 (LOfeedthrough)、IQ 增益不平衡 (gain imbalance)、載波頻率抵補 (carrier frequency offset)、相位雜訊(phase noise) 干擾及符號間干擾 (intersymbolinterference, ISI) 等,這是傳統射頻儀器或位元錯誤率 (bit error rate, BER) 量測儀器所無法測出的。
    針對調變過的訊號,EVM 將比較訊號預期與實際的相位/強度。如圖所示,將錯誤向量 |E| 除以強度向量 |V|,得出該值。
    (參考自:設定軟體定義架構的 WLAN 測試系統)
  • MCS:
    調變標準指標 Modulation and Coding Scheme, 透過index查表知道調變內容
    這裡有說明怎麼看MCS表,

    • MCS index 就是指速度的指標. 比方說我支持到 MCS7, 他支援到 MCS15 之類的
    • Spatial Stream 是指空間流或是空間串流, 要明白空間串流就要先明白空間分集. 假如在訊號的發送端有多個天線, 而每個天線的訊號都會透過不同的路徑到達接收端的天線, 這樣就構成了空間的分割或是分集. 如果天線不夠多支, 也就無法做到分集. 11n 的規範最多就是支援 4 支天線.
    • Modulation type 就是通訊原理裡面講的調變方法.
    • Coding rate N/M 是指傳送 M bit 時, 裡面有 N bit 是 data, 當然 M – N 就是 redundant 了. Redundant 不是沒有用, 反而可以防錯或是校正錯誤.
    • 20 MHz channel 或 40 MHz 是通道的頻寬
    • GI 的單位是時間, 所以可以猜到 I 表示 Interval. 對, GI 就是 Guard Interval. 在兩個 OFDM 的 symbol 之間的傳送間隔即為 GI. GI 愈短, 則傳輸速率愈高.
    • 在 4 根天線的狀況下, 距離不要太遠 (coding rate 高) 的話, 11n 可以達到 600 Mbps. 而一開始講到的 MCS7 和 MCS15, 其他的條件都是一樣的, 只差在空間串流的數目. 這點可以從天線的多寡很快判斷出來, 沒有兩根天線是不可能做 MCS15 的.

  • Frequency Error:
    就是量測出來的載波頻率與預期的頻率差異(A Frequency Error measures the difference (misalignment) between the carrier frequency generated by the reference oscillators at the transmitter and the expected carrier frequency.)
  • Spectrum Mask(Spectral Mask): 頻譜遮罩
    就是每個channel的訊號power強度分布圖, 不要超出範圍影響別的訊號 (A Spectral Mask describes the distribution of signal power across each channel.)
  • Spectral Flatness: 頻譜平坦性
    defined as the geometric mean(幾何平均數) of the power spectrum divided by the arithmetic mean(算術平均數) of the power spectrum.
  • Transmit Center Frequency Leakage: 傳遞中心頻率缺漏
    DC offset can affect certain transmitter implementations in the up-converter path, and usually causes carrier leakage. Such leakage manifests itself in a receiver as energy in the transmit center frequency, hence the name Transmit Center Frequency Leakage.

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