採用多頻寬/MIMO設計　訊號產生器加速11ac測試

802.11是國際電機電子工程師學會(IEEE)制定無線區域網路(WLAN)的規範，從90年代末期開始，創造幾次成功的標準包括802.11a、b和g標準；而之後的11n標準更有大幅度的改進，包括頻寬支援到40MHz，並使用多重輸入多重輸出(MIMO)天線技術來增加資料傳輸速率。至今，802.11系列WLAN標準已廣泛應用在不同裝置上，在大多數筆記型電腦和智慧型手機中都具備這樣的技術。

無庸置疑，無線通訊產業的發展跟隨時代演進已極為成熟，不論在企業公司、機場、咖啡店、家庭及餐廳場所都已有許多WLAN技術的應用，而隨著資料傳輸速率的不斷提高，目前最新一代的IEEE 802.11ac高速傳輸標準，更將廣泛應用在通訊產品上。

802.11ac支援更高的傳輸速率，理論值可超過1Gbit/s、256正交振幅調變(QAM)，最多達八條的空間串流，並提供相容802.11a與802.11n在5GHz頻段運行的機制，而802.11ac的MIMO天線技術也有重大突破，可支援多使用者MIMO(Multi-user MIMO, MU-MIMO)。

迎合802.11ac標準　訊號產生器支援多頻寬訊號

圖1　80MHz加80MHz非連續訊號產生方式

802.11ac除支援802.11n標準的20MHz和40MHz訊號的頻寬外，還支持80MHz及160MHz頻寬，以及連續模式(Contiguous)和非連續(Non-contiguous)的80MHz加80MHz頻寬組成方式。

由於802.11ac訊號有20MHz、40MHz、80MHz和160MHz四種，因此單一台訊號產生器必須能產生多種訊號，或80MHz加80MHz(連續)的訊號，才能有效量測。

以羅德史瓦茲(R&S)的802.11ac訊號產生器為例，可利用兩台訊號產生器搭配合成器(Combiner)產生80MHz加80MHz的非連續訊號，為確保兩台訊號產生器同步產生訊號，其中一台儀器須當成主要(Master)設備，送同步訊號給另一台訊號產生器，當成是次要(Slave)設備(圖1)。

圖2　單一訊號產生器可透過兩個RF路徑生成80MHz加80MHz非連續訊號。

此外，若訊號產生器本身具有兩個射頻(RF)路徑，搭配外部的Combiner也可以產生80MHz加80MHz頻寬的非連續訊號，為確保能在訊號產生器基頻同步產生訊號，也須在儀器內部做觸發(Trigger)設定(圖2)。

802.11ac訊號產生步驟

圖3　802.11ac訊號產生流程圖

產生802.11ac訊號須經過一系列流程(圖3)，其中幾個重要步驟包括Basic Settings：為產生802.11ac 160MHz訊號，工程師須在儀器選單中傳輸頻寬裡選擇160MHz，再點選傳輸天線設定，以設定訊號傳輸的天線數量。

Frame Block Configuration：使用者須在儀器選單裡選擇Frame Block Configuration選項，將Physical Mode設定為Mixed Mode，Tx Mode可設定頻寬、訊框(Frame)數量、Idle Time及Data，接著在Frame Blocks Configuration點選Config?進入單一實體層協定資料單元格式(PPDU)設定選單。

圖4　Stream Settings流程示意圖

Stream Settings(圖4)：使用者的資料會重新排列編碼到一到八個空間資料串流，接著訊號在空時區塊編碼(STBC)加入適當冗餘(Redundancy)，以加強傳輸訊號強度。緊接著選擇空間流的數目，可輸入的最大數目取決於Tx天線數量，選擇時空流的數量，可輸入的數目等於或大於空間流的數量，最大數量取決於發射天線的數量，如果的空間時間流中的數量大於空間流的數量，STBC會被自動開啟。

圖5　Modulation and Coding Scheme流程示意圖

Modulation and Coding Scheme(圖5)：使用者選擇的調變編碼(MCS)，可選擇調製方式應用到空間流。二進制迴旋編碼(BCC)在初始設定是啟用的，也支援低密度同位檢查(LDPC)編碼，再依據所選擇的MCS，前向錯誤更正(FEC)編碼器使用的數量會被自動設定。

圖6　Data Settings流程示意圖

Data Settings(圖6)：該功能可定義資料的大小或資料符元數量，配合加擾器(Scrambler)則可使用一個固定、可選初始化值或隨機初始化值，而插敘(Interleaver)在初始設定狀態啟用的。

空間映射測試加速多天線設計

圖7　空間映射測試架構圖

值得注意的是，802.11ac的空間映射(Spatial Mapping)(圖7)可被解釋為將預編碼(Pre-coded)資料位元輸出到不同的正交分頻多工(OFDM)載波的分配。在現實中，802.11ac發射器(Tx)試圖由所接收通道測探訊息的手段，來優化空間映射，因此，每個空間映射矩陣存在OFDM載波。此外，空間擴展是可能的，這意味著四空間時間流可有效分發到多根發射天線。

在PPDU選單中，打開空間映射選單，選擇空間映射模式，如果空間時間流數目等於Tx天線數目，有三種模式的空間映射矩陣是可能的，包括直接(Direct Mode)，間接(Indirect Mode)和擴展(Expansion Mode)；如果空間時間流的數量小於Tx天線數目，將無法選擇直接模式。

由於空間映射矩陣存在OFDM載波中，索引值k參數可用於查看特定的OFDM載波的空間映射矩陣。根據所述映射模式，所述空間映射矩陣為：

‧	直接模式
	一個環位移分集(CSD)矩陣，也就是對角矩陣(Diagonal Matrix)來表示循環時間的值。
‧	間接模式
	一個CSD矩陣與哈達瑪(Hadamard Unitary)矩陣的乘積。
‧	擴展模式
	一個CSD矩陣與方形矩陣的乘積。

哈達瑪和方形矩陣則是預先確定的，該CSD矩陣可由用戶進行配置，為對角線的矩陣，而時間延遲用於個別發射天線的訊號，因此可透過時間位移x的參數來配置。在這個例子中，四個空間時間流被空間擴展映射到六個Tx天線。

活用訊號產生器天線設定　11ac MIMO測試更輕鬆

當發射天線的訊號(從Tx1至Tx8)被映射到基頻輸出，映射由單一Tx訊號或多個Tx訊號在基頻輸出來決定，經由映射多個發射訊號到基頻輸出訊號，這些訊號組合在一起，形成可用於MIMO測試的接收訊號。

在儀器選單上，點選Transmit Antennas Setup，打開發射天線設置選單。此選單用於發射天線的訊號映射到基頻輸出，該訊號使用簡單的矩陣代數映射表示：[output matrix] = [transmission matrix] · [Tx input matrix]，透過計算可得出可能的輸出訊號(O1 to O8)。

傳輸矩陣的元素可與發射訊號配置加權來輸出訊號，並由基頻輸出或保存到檔案文件中。舉例來說，訊號O1由Baseband A輸出，O2訊號被輸出到文件裡，可儲存到硬碟裡，而儲存的訊號也可透過通用序列匯流排(USB)隨身碟傳輸到另一台儀器，並經由該儀器MIMO測試的ARB產生器播放。

在儀器初始設定狀態，傳輸矩陣的對角線元素(w11, w22, ..., w88)會設定為1，其他矩陣元素會設定為0，在這個範例中，輸出訊號為：

O1 = Tx1 O2 = Tx2 O3 = Tx3 ... O8 = Tx8

這些訊號其中之一可經由選擇Baseband A做為輸出被發送到基頻輸出。該基頻訊號升頻後，所選擇的Tx訊號出現在RF輸出，例如要生成的Tx1訊號，設置O1訊號到基頻。如果使用具有兩個RF路徑的訊號產生器，另外一個訊號可選擇Baseband B到第二個基頻輸出，當基頻訊號的升頻後，所選擇的Tx訊號將出現在第二個RF路徑輸出。

其餘的Tx訊號不能直接傳送到基頻輸出，但可透過選擇文件做為輸出保存到一個文件中，所產生的波形文件可由儀器內部ARB發生器播放，例如，產生發射訊號Tx3到Tx8，需六部訊號產生器，每部訊號產生器重新播放其中一個波形檔，並將對應的Tx訊號在RF輸出。

多標準訊號測試快狠準

具備802.11ac功能的裝置須符合802.11a及802.11n在5GHz頻帶的標準，對於多標準測試，使用者可透過設定選單來符合實際的多標準訊號。

要產生802.11n和802.11ac訊框，在Physical Mode須設定為Mixed Mode，定義802.11n為HT或802.11ac為VHT訊號使用；若要產生802.11a的訊框，則在Physical Mode設定為Legacy Mode，並定義要使用的頻寬大小，不同的WLAN訊號之間可很容易切換，讓多標準測試更加簡單。

(本文作者任職於羅德史瓦茲)