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

為此，IEEE協(xié)會開發(fā)了新的802.11ax協(xié)議。這個協(xié)議采用了三項關鍵技術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標準草案1.1發(fā)布了用于研發(fā)測試和生產測試用的軟件工具包。在媒體見面會和本刊的專訪上，該公司為我們詳細解讀了802.11ax當中采用的關鍵技術，并透露了5G原型化設計和測試的最新進展。

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

熟悉NI的工程師應該知道，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硬件可以進行802.11ax協(xié)議測試。

NI射頻技術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。這款產品在一個雙插槽PXI Express模塊中結合了一個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，應用范圍非常廣，包括802.11ac/802.11ax設備測試、移動/物聯(lián)網(wǎng)設備測試、5G設計和測試、RFIC測試和雷達原型等各種應用。

對于802.11ax測試，NI發(fā)布了可支持IEEE 802.11ax標準草案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)儀硬件進行802.11ax測試。

802.11ax開腦洞：交通擁堵可以架設立交橋，網(wǎng)絡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)絡時，問題就產生了。

“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。它強調的是效率高，特別是在網(wǎng)絡比較擁堵的時候，允許更多的用戶去訪問網(wǎng)絡資源?！?/p>

802.11ax當中導入了三項關鍵技術。比如在調制上，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，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，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，它使用了波束調整（beam steering），并在空間中允許更多使用者訪問。“802.11ac側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好的體驗，獲得應有的帶寬和網(wǎng)絡資源?！?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制。

802.11ax協(xié)議的測試項目有一部分繼承了802.11ac，但是802.11ax協(xié)議在整體上更加復雜，因此也帶來了一些更復雜的測試細節(jié)。此外，它也導入了一些新的測試項目，如Unused Tones Error。因為有多用戶的機制，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行測試。另外，它也增加了一些新的子站測試項目。

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，因為NI平臺的靈活性，他們進一步縮短了上市時間。

另外，現(xiàn)在的設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在設計第二代VST時，在上面設置了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)在標準的協(xié)議并未要求用到1GHz帶寬，但是在諸如DPD（數(shù)字預失真）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失真處理測量。因此現(xiàn)在所關注的不僅是帶寬內的信號，對于很多的信號處理，帶寬以外的信號也需要進行測量。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，沒有進入終版階段，但這不是很復雜的問題。因為過去802.11ac也是一樣。在IEEE協(xié)會定到最終版協(xié)議之前，市場上的終端產品，比如AP、路由器或dongle上，其實就已宣稱提供草案版支持。

WTS 1.3結合WLAN測試工具包17.0，形成802.11ax研發(fā)到生產完整流程

在PXI TAC大會，NI針對802.11ax生產測試也推出了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更針對于前期的實驗室驗證，WTS IS 1.3+WTS則更適合于產線測試?！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。為了為未來產線測試做好準備，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)端的設計、驗證、測試，有靈活的軟面板可以看結果。同樣的IP和儀器控制也放在產線測試上，WTS中也同樣是PXI設備。NI發(fā)布WTS去支持產線測試的需求?，F(xiàn)在從研發(fā)端到測試端完全覆蓋?！彼a充說。

WTS是封裝在PXI機箱里的，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生相應的功能，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，去實現(xiàn)多adapter的測試需求。

NI自動化測試中國區(qū)技術市場經(jīng)理陳宇睿補充道：“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，內部可能有小小提升，比如處理器、帶寬等等，但本質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項是ready的?，F(xiàn)在我們相當于在軟件上將功能擴展到了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大的節(jié)省。另外，它不只是支持WLAN，像藍牙、ZigBee和Z-Wave等也都可以用它來進行測試。”

“對于802.11ax性能的提升，有一個比較好的例子，比如我們去看演唱會，要么你手機收不到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的進展，NI也接受了本刊的專訪。Jason White告訴記者，5G目前有兩個側重點，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制。針對這個設計，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?，F(xiàn)在的IC工藝，毫米波因為其波長比較短，所以可以把天線集成在IC上，相應就產生了一些功率上的問題。因此，3GPP對5G的實施分為兩個階段。第一個階段還是側重在小于6GHz的平臺上。

圖：毫米波系統(tǒng)原型設計平臺

另外，NI在耕耘5G用戶上不只是針對學術研究單位，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或是電信運營商進行緊密合作，以確保其平臺的擴展性，在未來能夠滿足各式測試需求。

NI BD經(jīng)理馬國華補充說，5G現(xiàn)在還處在一個純標準制定的階段，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，來支撐新的業(yè)務模式。所以對于5G標準的預研，如果從物理層來講，譬如一些最領先的公司，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的落實最開始是在RF IC——沒有芯片就沒有任何設備。NI對應于此就有一些非原型、非SDR的平臺，去支撐客戶RF IC生產測試。另外就是還有一些為以后產業(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，這些既有儀器當初是為了軍工國防測量設計的，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擔的成本。

另外，針對Verizon聯(lián)合愛立信、三星、諾基亞等開發(fā)的Verizon 5G標準，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。Verizon可能想要先行去影響3GPP，但是這之中應該還是會有一些差異。但是Verizon定下標準的時候，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現(xiàn)達成。

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，因為5G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，同時確保其設備上處理算法的計算能力。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雜，其都能夠使用CPU的通用運算，或者是運用FPGA硬件的電路等級運算達成。另外在軟件上，未來很多的升級都會通過軟件實現(xiàn)，而不是再對硬件進行修改，從而避免重復性投資。

馬國華補充說，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)在在任何新標準的制定過程中，實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準。NI平臺在標準制定過程中，強調的是其SDR。

另外，Jason White指出，5G測試需求的演進并不是革命性的，而是逐步演進的。5G的過渡前面有4.5G，像載波聚合這樣的技術其實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過程中不變的是EVM或鄰近通道Power ACP等等，這些測量項不管用什么樣的協(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去對著待測物進行測試。原因在于毫米波之后，有很多天線在半導體工藝上已經(jīng)被集成上去，我們已經(jīng)沒有任何節(jié)點可以直接去做有線連接測試。