TR-398 Issue 2 Corrigendum 1發表至今已超過一年，百佳泰(Allion Labs)根據過去的測試經驗挑選幾樣容易失敗(Fail)的測試項目進行分享，讓之後送測的廠商能在設計過程中提前準備好因應計畫，加速通過此測試規範。
本文主要針對6.3.1 Range Versus Rate Test、6.3.2 Spatial Consistency Test、6.4.1 Multiple STAs Performance Test進行分析。
6.3.1測試
6.3.1 Range Versus Rate Test的測試概念為經由衰減訊號來模擬在距離增加的情況下，存取點(AP)效能表現是否能達到預期的標準。測試時，AP與連線設備端在模擬距離為2公尺的狀況下進行傳輸吞吐量(Throughput)的效能測試，並在此情況下慢慢衰減AP到連線設備端的訊號，同時紀錄不同訊號強度下傳輸吞吐量的變化。該測試主要目的在於觀察訊號強、中、弱狀況下，AP的效能表現。
6.3.1測試標準及常見問題
針對不同無線模式及傳輸方向設定，每個測試設定下最多允許存在2個測試點低於傳輸吞吐量的標準(表1)。
在過去的測試中，大部分的AP在低衰減、強訊號(距離近)時(額外衰減值27dB以下)，都能輕鬆通過標準。隨著高衰減、訊號轉弱(模擬距離拉遠)，AP會因為訊號強度不足而無法保持好的訊噪比(SNR)來支撐好的調變與編碼策略(MCS)速率和資料速率(Data Rate)，造成傳輸吞吐效能變差、低於標準，甚至可能出現斷線的情形，如圖1紅色箭頭處。這種情況在上行傳輸(從設備端傳輸至AP端)尤其容易發生。
圖1 6.3.1 Range Versus Rate Test測試結果
6.3.1測試建議
測試時，測試機台所使用的天線為高增益且單極化的天線，因此在測試前若能提前告知測試實驗室AP天線的極化和大概位置，便能確保測試設備所使用的天線能對準AP的天線，以達到最好的無線傳輸效果。
另外，也可以透過天線廠所提供的天線場型圖判斷AP天線的無線效能及無線場型，再依據該結果調整設備所使用的天線，改善因訊號減弱造成的MCS速率和資料速率急遽降低，避免傳輸吞吐量無法達到要求的標準(圖2)。
圖2 從2D天線場型可得知哪個角度輻射性能較佳
同時，也建議在測試前預先確保待測裝置(DUT)能夠長時間穩定工作，尤其是在Range Versus Rate Test、Spatial Consistency Test等會進行長時間測試的項目。若DUT無法穩定工作，不僅會讓測試結果低於傳輸標準，也容易使前後測試結果差異過大，難以找出問題的解決方式，進而拉長整體的測試時間。
6.3.2測試
前文已分享6.3.1 Range Versus Rate Test的測試分析，而在這部分，將為大家解析最容易出現Fail也最讓廠商們頭痛的測試項目：6.3.2 Spatial Consistency Test。
6.3.2 Spatial Consistency Test主要將訊號分成強、中、弱三種狀況，檢視確認AP在不同角度都能有平均且良好的效能表現。測試時同樣將AP與連線設備端模擬距離設為2公尺，再透過衰減器進行低、中、高衰減，並將AP以每30度一轉的方式，量測不同角度下傳輸吞吐量的變化。主要的測試目的，是要確認AP在特定角度是否有訊號死角，造成傳輸量低下甚至斷線的狀況。相較6.3.1減少衰減狀況的變數，6.3.2則是將測試時間投入觀察不同角度的傳輸吞吐量效能。
6.3.1測試標準
由於Spatial Consistency Test測試標準較嚴格，寬頻論壇(Broadband Forum, BBF)協會對於Pass/Fail的判斷，在Corrigendum 1內調整為兩種階梯式判定方式。
判定標準a：針對不同無線模式及傳輸方向的測試條件，協會允許同一無線模式、同一訊號強度、同一傳輸方向內最多存在2個測試點(對應到不同角度或衰減度)低於傳輸吞吐量的標準。不同的無線模式包括802.11n-2.4GHz頻段、802.11ax-2.4GHz頻段、802.11ac-5GHz頻段及802.11ax-5GHz頻段(表2)。
判定標準b：如果同一無線模式、同一訊號強度、同一傳輸方向內，有任一測試點位不符合測試標準a，便需要符合下表傳輸吞吐量差異百分比的標準。傳輸吞吐量差異變化百分比為(X-Y)/Y，計算方式為同一無線模式、同一訊號強度且同一傳輸方向下的最低傳輸吞吐量(X值)，與該部分平均傳輸吞吐量(Y值)相減後除以該部分平均傳輸吞吐量值(Y值)。差異百分比標準如表3所示。
總結如下：
．假設測試結果符合標準a→判定Pass
．若無法符合標準a則進行標準b計算。若仍無法符合標準b→判定Fail
6.3.1測試常見問題及建議
如同6.3.1 Range Versus Rate Test，大部分的AP在低衰減、強訊號(距離近)時(額外衰減值在10dB)，都能輕鬆通過標準。但隨著衰減增加、訊號轉弱(模擬距離拉遠)，AP會因為不同角度下的天線場型，導致訊號強度不足，無法保持好的SNR來支撐高MCS速率，造成傳輸吞吐效能變差、低於標準或是斷線的情形，如圖3紅色箭頭處。在上行傳輸(從設備端傳輸至AP端)時，這種狀況尤其容易發生。若出現此情況，往往會因為測試點位的傳輸吞吐量太低，與平均傳輸吞吐量的差異過大，而無法符合協會制定的傳輸吞吐量差異百分比標準(即無法以標準b通過此測試要求)。
圖2 從2D天線場型可得知哪個角度輻射性能較佳
隨著TR-398 Issue 2 Corrigendum 1版本的發布，BBF協會針對此項目放寬了一些標準。以往必須同時符合標準a及標準b，現在只要所有測試點位皆符合標準a，即可直接通過此項目。因此，現在只需要將測試重點放在提升整體傳輸吞吐量表現即可。如同6.3.1 Range Versus Rate Test的測試建議，若能於測試前提供AP天線的極化及所在位置，讓測試設備的天線能對準AP的天線，便可使無線傳輸效果有最好的表現。
另外，由於此項目同屬於長時間測試，建議測試前確保DUT能長時間穩定工作。若DUT未能穩定工作，不僅將使結果無法符合測試標準，也容易因為前後的測試結果不一致、難以找出問題點，造成測試和除錯(Debug)的時間拉長。
6.4.1測試
這部分要說明的主題是6.4.1 Multiple STAs Performance Test，在TR-398 Issue 2 Corrigendum 1 Test Plan中，這也是讓許多廠商感到棘手的項目。
6.4.1 Multiple STAs Performance Test的測試概念主要將9台設備平均分成短距離(強訊號)、中距離(中訊號)、遠距離(弱訊號)三個組別，並讓這9台連線設備同時進行傳輸，確認整體的總傳輸能力不會受到太大的影響。測試方式首先將AP與所有連線設備端的模擬距離設為2公尺，再透過衰減器進行低、中、高衰減以模擬三種不同距離，分別測量各種情況上下行的總傳輸吞吐量，包含：
．短距離(共3台設備)
．短加中距離(共6台設備)
．短加中加遠距離(共9台設備)
此測試是為了確保AP在同時與不同訊號強度連線設備進行傳輸時，整體的總傳輸吞吐量不會被距離較遠的連線設備拖垮，是相當嚴格的測試條件。
6.4.1測試標準及常見問題
針對不同無線模式及傳輸方向設定，每個測試設定的整體總傳輸吞吐量皆須符合協會制定的標準，詳細規範請參考表4。
6.4.1 Multiple STAs Performance Test測試中，大部分的AP在低衰減、強訊號(距離近)時(額外衰減值為10dB)，都能輕鬆通過標準。一般情況下，由於AP需要花費較多時間處理訊號較弱的連線設備，這將連帶影響傳輸速度。合理推測，隨著其他訊號較弱的連線設備加入，總傳輸吞吐量容易受到影響。從表5的結果可以看到，在近距離加上中距離的上行傳輸時，距離較遠的3台連線設備的傳輸吞吐量受到影響，甚至比之後再把遠距離的3台連線設備加入後所產生的影響更大，其傳輸吞吐量掉到1Mbps以下，造成整體傳輸吞吐量下降。
6.4.1測試建議
根據過往測試經驗，已經發現6.4.1 Multiple STAs Performance Test其實跟AP的公平時間調度(Airtimes Fairness)(Test Item 6.2.3)功能相關。當無線設備與AP連線時，連線品質越好，MCS越高，傳輸速度也會為之增加；反之，連線品質越差，MCS越低，傳輸速度便會因此降低。Airtime Fairness功能透過調整犧牲MCS較低連線設備的傳輸時間，將無線資源優先分給連線品質較優、傳輸速度快、MCS高的連線設備，來避免無線資源一直被低MCS的設備占用。這種作法對同時服務高與低MCS的連線設備常常會帶來不公平的資源分配。
此外，6.4.1 Multiple STAs Performance Test的測試中，中距離組及遠距離組的連線設備，隨著距離拉遠、訊號衰減，MCS也隨之變小。AP必須一直花時間處理這些MCS低連線設備的資料傳輸，導致MCS高的設備傳輸速率被拖慢，進而影響AP整體的傳輸效能。考慮上述因素，建議在執行此測試項目遇到問題時，或許可以試著透過Airtime Fairness方式解決。
了解TR-398測試可能面臨的挑戰，可在AP進入實驗室前預作準備，同時也能參考從前經驗加速解決測試問題。本文整理分析TR-398 Issue 2 Corrigendum 1標準中的三項測試，提供有意進行相關測試的廠商參考。
(本文作者任職於百佳泰)