Wi-Fi 7的設計目標不僅是追求峰值速率，還包括網路可靠性和低延遲。前導碼穿孔技術提高頻譜效率，但增加了系統測試與驗證的複雜度。
隨著Wi-Fi 7逐漸普及，與其單純追求峰值速率，網路可靠性和低延遲正成為更關鍵的設計目標。與此同時，新一代Wi-Fi系統需要更精密的射頻架構，以支援線上遊戲、視訊會議和無線(Over-the-Top, OTT)媒體等應用，這些應用可在無需有線或衛星連線的情況下串流網際網路內容(圖1)。
圖1 Wi-Fi 7支援多種高頻寬應用情境，如線上遊戲、視訊會議與OTT串流服務
消費者可能會將Wi-Fi 7的增強性能視為理所當然，但這些進步是以增加無線電複雜性為代價的。簡而言之，在實體層上增加的功能越多，射頻設計就會變得越複雜，以便在各種部署場景中一致地提供預期的性能。
一個很好的例子是前導碼穿孔(Preamble Puncturing)技術，該技術透過允許系統在寬通道中未受干擾的頻譜區段傳輸資料，同時避免受干擾的子載波或資源單元(Resource Unit, RUs)，以提高頻譜效率。值得注意的是，前導碼穿孔涉及特定的穿孔模式，這些不同的模式會導致不同的頻譜遮罩要求，發射機必須滿足這些要求。因而提高了系統測試與驗證的複雜度。
此外，多鏈路操作(Multi-Link Operation, MLO)允許設備同時在多個頻段進行資料傳輸與接收，例如同時使用2.4GHz與6GHz頻段以實現更高的吞吐量或冗餘。這些功能的相互作用，特別是MLO的各種頻段組合以及前導碼穿孔的模式依賴性頻譜特性，因此必須對射頻效能與整體系統效能之間的關聯進行更嚴謹的分析與驗證。
下文將說明為何需要優化的測試和測量方案，以實現快速且具成本效益的Wi-Fi 7部署。
射頻指標影響Wi-Fi系統效能
對於終端客戶而言，有三件事最為重要：涵蓋範圍、速度和可靠性。這些特性取決於多項射頻與實體層指標，也是Wi-Fi性能的支柱，例如誤差向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)和調變編碼方案(Modulation and Coding Scheme, MCS)指數。
即使射頻指標有微小變化，也可能明顯影響性能。假設一個Wi-Fi設備在最大MCS指數13下運行，這相當於在320MHz頻寬下採用4096-QAM調變。假設有兩個空間流，理論上將產生約5Gb/s至6Gb/s的吞吐量。然而，如果EVM性能不佳，設備可能被迫降至下一個較低的MCS方案，即MCS 11(1024-QAM)。每個符號所承載的位元數減少，可能使吞吐量下降約20%，這將損害實際設備性能。
另一項重要機制是上行正交分頻多重存取(Uplink Orthogonal Frequency Division Multiple Access, UL-OFDMA)，允許多個設備同時向接入點傳輸資料，藉由提升頻譜使用效率與整體網路效能來降低延遲。這需要接入點和終端設備(包括智慧型手機、平板電腦和筆記型電腦)之間對三個基本實體層特性：功率、時間和頻率進行緊密的預協調和預校正(圖2)。
圖2 UL-OFDMA需在功率、時間與頻率三個層面進行精確協調，以確保多設備同時傳輸時的系統穩定性
當多個設備或站點連接到一個接入點時，每個站點與接入點的距離各不相同，離接入點最近的站點必須平衡其功率，否則可能削弱來自其他站點的訊號。從時間角度看，一旦站點或客戶端設備接收到觸發幀，它們將在400奈秒內啟動UL-OFDMA傳輸。因此各設備必須在400奈秒內完成傳輸啟動，以確保無縫操作。第三個特性是頻率，要求每個站點對從接入點接收到的訊號的載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset, CFO)進行預補償或校正。如果補償後的任何殘留CFO誤差大於350Hz，很可能導致載波間干擾，降低UL-OFDMA傳輸的品質和成功率。
實體層指標或機制若出現異常，可能導致網路碰撞並降低系統效率。除了UL-OFDMA外，Wi-Fi沒有特定的調度演算法，因此對於高密度和多用戶環境而言，和諧工作至關重要。
速率調適機制影響覆蓋距離
速率調適或自適應調變是設備的一種行為，它會根據訊號強度和站點與接入點之間的傳輸距離而變化。靠近接入點的設備以最高MCS速率13傳輸。如果由於噪音或設備遠離接入點而導致條件變化，設備將嘗試重新傳輸，或降至較低的MCS調變等級，並進行多次封包重傳。如果沒有速率調適，由此產生的訊號擁塞可能降低系統吞吐量、性能和可靠性，並無謂地耗盡設備電池。
有多項實體層指標可能導致這種行為，例如EVM或信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)表現不佳。這需要在實體層進行評估和測量，以確定每次傳輸的EVM性能、傳輸功率、正確的MCS方案以及接入點和站點之間的距離和傳輸時間間隔。
Wi-Fi與藍牙共存效應分析
由於Wi-Fi與藍牙共用2.4GHz頻譜，因此測量和分析共存效應非常重要。任何由於發射功率泄漏、同通道或相鄰通道噪音或不可預期的跳頻模式引起的干擾都可能導致封包碰撞和資料丟失。
這需要一個視覺工具來識別關鍵的功率傳輸電平、EVM以及正在使用的藍牙封包類型，無論是經典藍牙、藍牙低功耗還是影響Wi-Fi設備性能的專有藍牙協議(圖3)。
圖3 無線封包嗅探工具可用於分析Wi-Fi與藍牙訊號，以觀察干擾情形與封包傳輸特性
解決方案是使用無線封包嗅探器，它可以擷取與分析實體層和MAC層。該嗅探器擷取設備之間的實際訊號交換以及實體層指標，如功率、EVM、頻率誤差和MCS指數，以奈秒級的精度區分哪個設備正在傳輸正確的資訊。這對於分析和驗證UL-OFDMA特別有用，以確定幀間隙和時間是否正確。
在達到規模經濟之前，每一代新技術在起步階段都成本高昂。這對於已經在Wi-Fi部署上投入大量資本支出的消費級無線設備製造商和晶片組供應商而言尤其如此。例如LitePoint IQsniffer等無線封包嗅探工具，可用於分析Wi-Fi與藍牙封包，並擷取設備間的通訊資料，以協助工程師評估系統效能與干擾情況。
(本文作者任職於LitePoint)