Wi-Fi 6E標準新增的抗干擾測試

作者 : Jessy Cavazos,Keysight Technology

Wi-Fi 6E是最新推出的Wi-Fi標準,該標準允許無線物聯網(IoT)設備使用免授權的6GHz頻譜,並獲得更大的頻寬,但有一個棘手的問題:6GHz頻譜為Wi-Fi 6E設備製造商帶來了新限制。

與蜂巢標準一樣,Wi-Fi標準也一直在不斷演進。Wi-Fi 6E是最新推出的Wi-Fi標準,該標準允許無線物聯網(IoT)設備使用免授權的6GHz頻譜,並獲得更大的頻寬,但有一個棘手的問題:6GHz頻譜為Wi-Fi 6E設備製造商帶來了新限制。因為該頻段已有許多其他類型的設備在使用,因此,為避免干擾,Wi-Fi 6E設備需要進行並通過一些新測試。

首先,本文將回顧Wi-Fi標準,以便在該標準的演進中正確定位Wi-Fi 6E。

Wi-Fi已不是什麼新鮮事物。首個Wi-Fi標準誕生於1997年,經過多年的發展,雖然鏈路速率從1~2Mbps提高到了600~9,608Mbps,但大部分標準使用的都是相同頻段。而在這個標準歷史中,Wi-Fi 6E首次使用新頻段。

Wi-Fi 6E是Wi-Fi 6的擴展,也稱為802.11ax。Wi-Fi 6使用OFDMA技術來提高網路性能,並使用高階正交幅度調變(QAM)來提高資料速率。Wi-Fi 6設備運作在2.4GHz和5GHz頻段,而Wi-Fi 6E運作在免授權的6GHz頻段。

6GHz頻段擁有更多的可用頻寬。這些設備在美國或遵守聯邦通訊委員會(FCC)規定的地區,可以使用1,200MHz連續頻寬,而在歐洲或遵守歐洲電信標準協會(ETSI)標準(基於無線電設備指令(RED)規定)的地區,該可用頻寬也達到了480~500MHz。

防止干擾

6GHz頻段中的豐富頻寬,為設備製造商向最終使用者提供更高性能和更新應用提供了巨大潛力。Wi-Fi 6E可為消費者帶來更快速和更可靠的網際網路訪問體驗,包括視訊串流、線上遊戲和視訊通話等,該標準還特別有助於企業加速其數位化轉型。

首先,企業可以允許更多設備接入網路並改善使用者體驗,從而提高生產力和創新能力。另外,像機場、體育場、會議中心,以及教育和醫療保健設施這類使用者密度特別高的環境,也可以從Wi-Fi 6E中受益匪淺,因為它能支援更多數量和更多種類設備的接入。

不過,要利用6GHz頻譜中可用的豐富頻寬,並非沒有挑戰。主要問題是許多其他用戶已經在使用該頻譜,包括5G蜂巢、Wi-Fi接入點、衛星鏈路、行動電視廣播,以及公用事業通訊鏈路。此外,現有營運商的優先順序要高,因此,FCC和ETSI強制要求Wi-Fi 6E設備執行多項新的測試,以確保頻譜的有效利用。

以下將是被認為可防止Wi-Fi 6E裝置受到干擾所強制的一些新測試項目。

1. 基於競爭的協議(CBP)測試

CBP測試是FCC的一項新的重要強制性測試項目。它以在設備中使用CBP來防止干擾現有營運商的業務而得名,FCC要求所有設備類別(接入點和用戶端)都要進行並通過此項測試。

圖1為典型的CBP測試裝置。該裝置由兩台訊號分析儀和一台白高斯雜訊(AWGN)訊號源組成,可為測試訊號提供10MHz寬的雜訊(類比現有訊號)。此測試還需要用戶端設備與被測設備(圖中未顯示),以及訊號調節元件進行通訊。對於20MHz通道來說,訊號源需要向通道內注入本通道某個頻率的現有訊號,而對於160MHz通道來說,訊號源則需要向通道內注入三個本通道內不同頻率的現有訊號。

圖1:用於執行CBP測試的裝置。(圖片來源:KDB 987594 D02 V01r01)

2. 適應性/通道存取機制(CAM)測試

適應性/CAM測試相當於ETSI的FCC CBP測試,不過要複雜得多。它側重於先聽後說(LBT)設備在通道上傳輸資料之前檢查通道的自動機制,該標準還要求設備檢查其他設備使用該通道的概率,以確保公平使用可用通道。

CAM測試複雜且耗時,因為它需要大量資料處理才能獲取結果。對其他設備使用感興趣通道的概率進行量化,需要將最小閒置時間除以最大通道佔用時間(COT),其結果因設備類別而異。COT測量需要大量樣本,例如,對於基於負載的設備(LBE)來說,可能需要超過10,000個解析度為1微秒(μs)或更短的樣本,這將需要許多資料點的測量和採集。

適應性測試也包括執行干擾分析,透過將各種訊號注入設備,來評估該設備檢測和回應這些訊號的能力。該測試需要用5G New Radio (NR)波形,模擬來自5G用戶的干擾;另外,還需要一個已知的訊號電平和頻寬,並應用之前執行的佔用通道頻寬(OCB)測試的已知結果。

3. 接收機選擇性測試

接收機選擇性測試,以前稱為接收機鄰道選擇性測試,是ETSI提出的另一項與干擾相關的新測試。它包括檢測被測設備在特定通道上接收有用訊號的能力,前提是劣化程度(因鄰道中存在的干擾訊號而導致)不超過某個特定值。

測試包括三個主要步驟。第一步是確定資料包錯誤率(PER)略低於10%時設備訊號的最小功率值(Pmin),下一步是在高端通道(高於被測通道頻率20MHz和40MHz)中添加干擾,檢查設備的PER是否小於或等於10%。最後一步是在低端通道(低於被測通道頻率20MHz和40MHz)中添加干擾,並再次檢查PER。

圖2是接收機選擇性測試的裝置,包括被動元件,可能還需要遮罩室或法拉第箱。需要用可變衰減器和資料包測量系統來獲取Pmin值,並確定PER。使用訊號調節元件和資料包計數器,使得測試更易於管理,只需少量的前面板連接即可。

圖2:接收機選擇性測試裝置採用了X8749A訊號調節測試儀和資料包計數器。(圖片來源:Keysight)

雙用戶端測試

雙用戶端測試是FCC提出的另一項新測試。由於用戶端設備可以連接到標準功率接入點、低功率室內接入點或同時連接這兩種接入點,因此FCC要求進行此項測試,圖3為雙用戶端測試裝置,該測試需要超低功率和標準功率接入點、可變衰減器和訊號調節元件。

圖3:雙用戶端連接測試用於驗證用戶端設備是否可以區分不同的接入點配置。(圖片來源:Keysight)

該測試驗證用戶端設備能否靈活連接到這兩種類型的接入點,且能夠實現無縫切換,並用來驗證設備是否能夠區分不同的接入點配置,並控制各自的功率電平。

(參考原文:What’s new in Wi-Fi 6E networks? More interference testing,by Jessy Cavazos)

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年8月號

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