背景

IEEE 802.11ax標準（Wi-Fi 6）旨在提高WLAN系統的效率，優化用戶使用體驗，尤其是在密集信號環境和室外環境中，保證每個用戶的吞吐量。Wi-Fi 6/6E首次允許從接入點（AP）針對多個終端（Station）節點進行調度通信，這是Wi-Fi技術標準引入的革命性變化。由于這個新特性引入，在Wi-Fi 6技術標準的物理層部分增加一些新功能，這些新功能的驗證，就需要采用新的測試和認證方法來實現。

802.11ax物理層本質上是基于802.11ac技術標準演進而來，802.11ax中使用的子載波間隔減小為78.125 kHz，這使每個符號時間增加了四倍，并且可以獲得更長的保護時間，這些基礎特性參數的改變，有助于提高系統的魯棒性和效率。同時物理層將支持1024QAM調制和MU-MIMO，這兩種技術有助于提高峰值速率和整個系統的容量。物理層中最主要的變化是引入了OFDMA，相對于傳統模式的每個時刻只調度一個終端的業務，它可以調度多個終端同時進行業務，實現改善密集信號環境中的整體容量，減少延遲和提升效率。在OFDMA中，通過資源單元（RU）的概念，將可用頻譜分成較小的部分，確保每個終端占用一部分的頻譜資源來保證最低吞吐速率。另外，針對多終端時延的方面需求，采用使用觸發幀（TB）的調度過程可確保OFDMA和MU-MIMO方案中的同步上行鏈路通信。

圖一：Wi-Fi 6特性列表

在Wi-Fi 6產品開發過程中，為了全面有效地驗證設備的工作性能，建議采用信令測試方案，測試終端在正常工作狀態下的信號質量。此時R&S®CMW寬帶無線通信測試儀可以模擬成一個接入點（AP）或者終端（station），與待測件進行信令交互，然后進行相應的射頻指標或者吞吐率測試。這種方案中，測試儀表和待測件之間的信令交互是符合協議流程，建立的連接是類似于真實環境中使用的通信方式，無論哪種芯片都可以直接測試。用戶也不需要特殊的軟件來控制Wi-Fi芯片，不需要外部電腦安裝芯片的驅動，大大簡化測試操作。結合羅德與施瓦茨提供的R&S®CMWrun自動化測試軟件，可以提高測試效率，降低測試復雜度。

R&S®CMW模擬AP場景

接下來我們就介紹幾種使用R&S®CMW來模擬AP的信令場景，測試Wi-Fi 6某些特性，測試組網如下：終端直接和儀器建立射頻信號連接，無需任何外部控制。

圖二：測試連接組網

1、TWT（target wake time）性能測試

TWT（目標時間喚醒）是一種的新節能功能，適用于那些不需要大量數據通信的設備，尤其類似于用電池供電的物聯網設備。TWT的參數可以設定終端的睡眠和喚醒時間，終端（station）可以確定何時以及多長時間喚醒一次來發送或接收數據。

現有WLAN設備的節能機制，即傳送流量信息指示（DTIM），允許終端（station）以接收少量信標方式，間隔進入睡眠狀態。通常，終端必須每隔一段時間才讀取接入點（AP）在信標中廣播的DTIM信息。節約功耗的時候，接入點（AP）可以緩存下行數據，當需要傳輸到特定終端時，它可以通過在信標中添加適當的信息來通知這些終端。這種方式既不靈活，同時節省功耗的效率又比較低。

Wi-Fi 6中的新TWT機制允許更靈活參數配置，可以設定長期甚至多終端的休眠模式。接入點和終端之間約定的喚醒和通信活動時間可以是一個較長的多信標周期，時間可以長達數分鐘，數小時甚至數天。協議規范中也允許接入點在不同的TWT ID之間配置獨立的參數，來對應不同的應用場景。

圖三：R&S®CMW設置TWT參數

2、BSS color場景測試

基本服務集（BSS）是完成基本業務的WLAN網絡結構，包含接入點及其相關的終端。每個終端僅連接到一個BSS，多個BSS網絡可以彼此緊鄰存在，實現不同業務的覆蓋。如下圖中終端2（STA2）不僅接收到自己的接入點（AP1）的信號，也來自相鄰的接入點（AP2）的信號。傳統模式下，AP1和AP2無法相互識別，它們彼此獨立，并且可能同時傳輸導致數據包，對于終端2來說就會引起沖突和干擾。最終導致終端2接收的測試數據包出錯，必須重新傳輸數據，這會給網絡造成額外的負擔。因此，IEEE 802.11ax將BSS color ID的概念，引入到提高組網中，提升網絡的效率。協議將Wi-Fi信號的前導同步碼，根據每個AP分配不同BSS color ID，終端可以根據這個color ID區分來自其自己的BSS（intra-BSS）的數據包以及來自相鄰BSS（inter-BSS）的數據。結果是，STA2可以忽略不屬于自己的BSS網絡的信號，只和自己的BSS通訊，這樣最大程度減少了干擾。在R&S®CMW中，儀器可以直接設置不同的BSS color id來模擬不同的AP。

圖四：不同BSS color AP的組網

3、Trigger Burst 發射機測試

在OFDMA上行鏈路中，當觸發上行業務時，終端將承載數據包的上行信號發送到接入點（AP）。為確保多個DUT此過程無沖突，需要接入點（AP）定義消息，將哪個RU分配給哪個終端，發送多少數據，以及每個終端發射功率，這個調度的信息至關重要。來自不同終端的信號必須同時并以相近的電平到達接入點（AP）側接收機，避免相互之間產生干擾。因此，在OFDMA中，終端發射信號前，接入點首先向終端發送觸發幀，也就是我們所說的trigger burst。該幀包含相應的配置參數，包括有效負載長度，帶寬，RU分配和調制模式。用戶必須在稱為短幀間隔（SIFS）的預定義時間間隔之后，開始發送上行數據包信號。

圖五：Trigger Burst示意圖

R&S®CMW中Wi-Fi信令方式可以實現簡單trigger burst參數配置，并且實時生效，方便靈活的快速驗證不同帶寬、不同RU和MCS下的射頻性能。

圖六：Trigger Burst測試效果示意圖

在Trigger Burst上行信號測試中，終端用戶的 時間誤差和頻率誤差會對信號質量產生直接影響，在測試中必須覆蓋這兩個項目。尤其是時間誤差，為了確保不同終端并行傳輸時互相之間不會相互干擾，上行發射信號必須同時到達接入點接收機端。否則，不同信號之間的定時偏移將導致符號間干擾，影響信號的解調。所以協議規定，終端收到觸發幀結束與響應幀開始之間的延遲必須盡可能短，要求是±0.4μs以內。

以上幾種是Wi-Fi 6中典型的信令測試場景，當然還有一些特性，也需要類似的信令場景模擬，比如NDP sounding的流程，MU接收機測試，這些都可以在R&S®CMW中來實現，這里不一一列舉。

R&S®CMW模擬終端場景

針對某些AP的產品，R&S®CMW的信令功能，可以反過來模擬終端（station）。儀器模擬的終端，可以接入需要測試的接入點（AP）設備，然后進行相應的發射機和接收機測試。

1、接收機測試

儀器作為station接入AP側以后，可以配置發送數據包到被測試的AP，通過配置發送不同的帶寬，MCS和數據內容等參數以后，儀器模擬的終端實時產生數據包，并且直接發送。然后儀器會統計AP返回的ACK/NACK數目，直接顯示PER的比率，非常方便進行接收機測試的操作。如果通過搭配自動化軟件，可以快速實現各個參數，各個信道下的接收機性能遍歷。

圖七：接收機測試結果圖

2、下行的OFDMA信號測試

由于AP側在Wi-Fi 6協議中，規定下行可以發送OFDMA信號，同時承載多個用戶（station）的數據內容，提高路由器工作的吞吐率。這種情況下，AP輸出的信號可能并不是滿帶寬的，與傳統WLAN信號之間差異較大，那么相應的OFDMA信號的指標測試，也必須包含在儀器的測試功能中。

圖八：OFDMA信號測試圖

圖九：不同RU的測試結果

如上兩圖，就是R&S®CMW實測的AP發射出來的OFDMA的信號，里面可以很直觀的得出各個不同用戶信號的質量和功率的結果。

結語

由于802.11ax （Wi-Fi 6）技術相對于傳統Wi-Fi有比較多的變化，在物理層部分也增加新的特性，在測試內容和項目上也相應的提高了要求。R&S®CMW的信令測試功能針對Wi-Fi 6測試專門研發，可以模擬路由器（AP）和終端（station），實現Wi-Fi 6產品在類似日常連接使用狀態下的射頻指標和性能測試，可以全面和有效的保證產品的質量。