标签: 802.11ac

摘要 随着802.11ac和LTE产品的发展，对相应的功能测试系统也提出来更高的要求。与测试分析仪器相匹配的开关系统在尺寸，结构形式，性能等多方面均发生了较大的变化。采用6GHz固态继电器作为核心器件，使开关系统的体积更紧凑，切换速度更快，并大幅降低了系统成本。        关键字     开关，矩阵，射频，微波，802.11ac，LTE，MIMO，LXI I. 射频/微波开关系统的技术特点 随着无线通讯技术在军民各种领域应用越来越广泛，与之相应的测试测量工具和技术也相应迅速发展。在各种射频/微波信号测试与仿真系统中，合理部署质量可靠、性能稳定、使用方便、价格适中的开关系统可以大幅提高设备应用效率，扩展系统规模。 与低频开关矩阵系统相比，构建与扩展射频/微波开关矩阵系统具有独特的特点，这些特点主要体现在机械结构、电气性能、使用方法、价格成本等方面。 在面向汽车电子测试、半导体测试等领域的应用中，广泛采用的矩阵开关系统通常基于低频或射频继电器，通过合理设计PCB来实现大规模的矩阵开关系统。继电器置于行“总线”与列线的交叉点位置，用于建立或断开信号连接，通过设计不同的行线与列线数量可以实现不同规模的开关矩阵。在PXI单槽模块中可承载超过500个开关节点。下图1所示为低频与射频开关矩阵内部的典型结构。 图1.低频开关矩阵结构示意图 这类开关系统产品规格众多，用户可以根据测试需求直接选择规模和电气指标适当的产品，也比较容易通过多个模块相互连接进行规模扩展。如上图，将两个模块的Y1-Y4对应连接即可将2个132x4规模的开关矩阵组合为1个264x4的开关矩阵。 对于低频开关矩阵，产品硬件设计的重点是保障良好的导通性能与尽可能高的信号带宽，提供完备的故障诊断工具并在硬件设计上充分保证用户快速维修。 而对于射频与微波应用，开关系统的设计具有其独特的特点。为了保证射频性能，一般采用多个多路复用开关的相互组合来实现射频矩阵，以保持每个通道的信号完整性。下图2所示为10GHz 4x4开关矩阵的内部的典型连接关系示意图。 图2. 自动端接并可扩展的10GHz 4x4微波开关矩阵结构示意图 微波开关矩阵产品内部的特殊结构对矩阵系统的电气和机械性能产生以下影响： 1 ) 射频性能：每建立一个信号通道，微波信号至少需要通过2个微波开关触点和3条微波电缆，使得通道的插入损耗和VSWR升高，因此高性能的器件和良好的装配工艺可以显著提高最终产品的性能。通常10GHz的4x4矩阵VSWR不高于1:1.6，插入损耗不高于3.6dB。 2) 产品机械结构：微波多路复用器器件的尺寸通常比较大，以典型器件Radiall 12.4GHz SP6T微波继电器为例，其外部尺寸达到了63.5mm X 63.5mm X 60mm，而低频与射频继电器的典型尺寸仅为4.8mm X 7.6mm X 19.1mm，因此大规模微波开关矩阵更适合采用独立设备的形式。 3) 扩展性：低频开关矩阵的扩展可以采用线路直接并联的方式，而射频与微波开关矩阵在进行规模扩展时必须保持信号通路完整，应通过扩展端口(Loop-Through)连接两个或更多开关设备。如图2所示，每组SP6T基本单元中有1个通道用做扩展端口，1个通道用做自动端接器端口，以保证多个4x4矩阵可以连接组成4x8，8x8等规模。 4) 操作：由于微波矩阵内部结构的特殊性，使得用户使用时需要操作的开关数量增加，提高了使用难度，但通过优化的驱动软件，用户几乎可以无需了解其内部结构。 5) 使用成本：微波开关矩阵的价格昂贵，因此在设计测试系统时必须严格优化微波矩阵，将其控制在一个合理的规模。在进行连接时必须严格注意线缆与设备的连接器是否匹配，一旦损坏接口连接器将可能导致高昂的维修费用。 II. 案例：802.11ac/LTE MIMO测试中开关产品的设计 近年来随着802.11a，802.11n，802.11ac等采用5GHz载波的无线通讯技术的发展，与之性能相匹配的测试产品也不断进步。 针对MIMO测试，广泛采用的是多组VSA与VSG的组合，典型的系统为支持4x4 MIMO的802.11ac测试系统可以在1个18槽3U PXI系统中实现。 通过开关系统可以将进一步扩展为可支持多个被测设备的自动测试系统 一个解决方案是基于前述微波电磁继电器(或称机电继电器)构建微波开关系统。图3为典型的10GHz 4x4微波矩阵产品解决方案，采用LXI通讯接口，尺寸为2U全尺寸可上架机箱。单价可达￥150,000。 图3. 4x4 10GHz微波矩阵 上述产品曾大规模应用于消费电子产品的生产测试，用户对其性能比较满意，但其尺寸较大，切换速度相对较低，价格昂贵，这些不利因素限制了其在商用领域应用的空间。在此类测试中，对开关的技术要求主要体现为：切换速度快，使用寿命长，体积小，信号功率较低。6GHz固态继电器开关的出现恰使得应用于MIMO测试的开关系统得以进一步优化。6GHz恰好覆盖了包括802.11ac在内的各种无线通讯新技术的载波频段，弥补了此前在3GHz到10GHz之间开关矩阵产品的空白。 6GHz开关产品的基本功能单元是由4个固态SPDT开关和1个端接器构成的SP4T多路复用器，如图4所示。通过SP4T功能单元的组合构成4x4开关矩阵。固态继电器的使用大幅减小了电路的尺寸，并将通道切换速度从毫秒级提高到微秒级。6GHz开关矩阵完全符合当前对新一代无线通讯产品的测试需求，其尺寸仅占3个PXI槽位，价格仅为原解决方案1/3左右，大大降低了开关系统成本。配合成熟的驱动程序和应用软件，此产品已经成为新一代测试系统的首选。 图4. 4x4 6GHz固态继电器矩阵结构示意图 图5. 采用固态继电器的4x4 6GHz 微波矩阵 下表1为两类产品的典型特性对比。 III. 总结 射频技术的发展对测试技术提出了更高的要求，同时也推动了测试技术的发展。开关技术作为测试技术的典型代表，近年来发展迅速，用户对设备尺寸、价格、可维护性等方面均提出了更高的要求。本文以两种典型案例介绍了射频/微波开关系统的最新发展。 参考文献  PXImate 5th Edition, Pickering Interfaces, 2014  LXImate 3rd Edition, Pickering Interfaces, 2014 作者： 王琦 产品与市场开发经理 Pickering Interfaces Ltd.         经授权整理：     郑南润  虹科电子

记得曾经在去年写过一篇《技术分析第19期：5G WiFi无线连接解析》， 当时解析了我们5G频段WiFi的相关信息。今天要阐述的也是关于每天与我们腻在一起的WiFi无线网络的标准802.11ac。不过开始前还是需要先理 清WiFi和技术标准802.11ac的关系。WiFi我们经常接触，其实际是商业化的标识，并不是技术标准，代表无线连接网络。IEEE 802.11是电器电子工程师学会 制定的无线传输技术规范，实际是无线网络的连接技术标准，它被WiFi所使用，但WiFi不仅仅包含 802.11ac技术，同理802.11ac也不仅仅只被WiFi使用，其也可以用于其他的无线通信领域。   2.4G拥挤 5G显优势   现在我们普遍使用的WiFi基本都工作在2.4G无线频段，使用的是802.11b/g协议。不过随着2.4G频段的设备越来越多，在 2.4-2.485GHz内信道显得十分拥挤，因为包括如无线键盘、无线鼠标、蓝牙等各类电子设备都工作在此频段。低频段在数据传输容量方面一般，同时拥 挤的信道会令设备抢占资源，通信的质量和效果都会降低。WiFi产品中，2.4G频段的802.11b/g设备在2.401GHz-2.473GHz频段 中使用11个22MHz的带宽信道，设备多造成拥挤，同时信道数量少，带宽不足这是问题的所在。   IEEE标准 技术协议标准 发布时间 工作频段 标准速度 理想最高速率 覆盖范围(室内+室外) 802.11a 1999 　　5.15-5.35/ 5.47-5.725/ 5.725-5.875 GHz 25Mbps 54Mbps 30米/45米 802.11b 1999 2.4-2.5 GHz 6.5Mbps 11Mbps 30米/100米 802.11g 2003 2.4-2.5 GHz 25Mbps 54Mbps 30米/100米 802.11n 2009 2.4GHz或5GHz 300Mbps 600Mbps 70米/250米 802.11ac 2011 5GHz 　　433Mbps/ 867Mbps 867Mbps/ 1.73Gbps/ 3.47Gbps/ 6.93Gbps -                                           5G频段采用   为了解决2.4G的频段拥挤问题，更高频率和更高带宽的IEEE 802.11n技术出现。802.11n能工作在5G频段，高频段拥有更高的带宽容量，同时不容易被干扰，设备相对2.4G少很多。802.11n便能够 解决信道拥挤和带宽不足的情况，其信道带宽能够到达40MHz，可以通过MIMO多路输入输出标准，采用多条天线叠加提高传输速度。一般的家用 802.11n设备能做到300-450Mbps的峰值速度，这也是用户经常看见销售的路由器标识显示速度300Mpbs的原因。虽然802.11n拥有 不俗的性能，但是缺点同样存在，高频段衰减大，覆盖范围比较小，一般家庭使用还可以满足需求，而大型办公场地的覆盖对比802.11b/g的2.4G频段 便显得优势不足。   802.11ac速度更快   可以看到802.11的发展是从a开始， 经历b/g/n到达现在的ac。802.11ac准确来说，在手机设备上开始配备是从2013年逐渐开始，那时候一些高端的旗舰手机陆续拥有 802.11ac的WIFi网络连接能力。来到今年2014年，高端旗舰手机慢慢标配802.11ac的WiFi模块，苹果iPhone 6、Macbook air和airport等都已经具备，苹果全线最新产品线不落下。                                                802.11ac   802.11ac都工作在5G频段上，能够支持最大8倍MIMO，并支持多个终端以MIMO方式连接，信道带宽能够最多达到160MHz，相比 802.11b/g提高了4倍。80MHz的带宽下能够实现433Mbps的传输速度，而160MHz更是达到866Mbps的网速。无线网络仍然受环 境、干扰、距离等客观因素所影响，真实速率要比理论速率要低不少，但对比以往802.11b/g还是有非常大的提高。有测试结果表明，如果用 866Mbps的无线路由器和网卡连接传输，实际的无线传输速度能够达到20MB/S左右，这显然能够把无线局域网实现真正的百兆信息化。   芯片解决方案   802.11ac的普及还需要依托成熟稳定的WiFi芯片解决方案，现阶段主要的802.11ac芯片的方案解决提供上有高通和博通。虽然博通已经推出 消费级的电子市场，但是在企业级方面仍然具有很强的实力。其WiFi芯片方案应用在全球大部分的PC、路由器、网卡等设备上。随着802.11ac方案的 成熟，越来越多的芯片厂商都逐渐能够提供WiFi芯片解决方案，这也在一方面提高市场竞争力，降低成本，加快市场普及。现在除了博通，思科、英特尔、高通 Atheros、联发科也推出了相关的802.11ac产品，档次也有多种选择，不但有针对企业级，同时家用市场也有相应产品。   智能家居生活   由于WiFi技术的进步，802.11ac标准极大提高了传输效率，令更多设备之间的无线连接成为了可能，这也掀起了以路由器领头的智能家居生活的变 化。以后路由器便可以改变自己的角色，不单单只做网络的统筹人，同时配上智能系统后也成为中央操作者。我们可以通过手机操控家里的电灯、空调、热水器等家 电，这些都通过路由器所连接，作为中央指挥官而存在。                                              智能家居生活   智能家居生活已经有雏形，但是尚需时日，这是一项庞大的工程。说一点实在的体验转变，对于普通家庭用户来说，802.11ac加快了无线网络速度，我们 可以改变以往开电脑下载或传输东西的习惯。我们在路由器端搭建小型服务器，可以通过路由器进行远程下载，同时资料存储在路由器空间，笔记本、手机或平板可 以随时随地通过家里无线网络进行存取。这令我们日常观看电影更加方便了，同时办公资料的共享也显得便捷。由于802.11ac是属于IEEE制定，因此其 向下兼容802.11a/b/g/n产品，旧设备也可以无缝无兼容性使用。   普及路开启   802.11ac拥有技术优势，不过消费者购买的时候还需要留一个心眼。其中很多号称千兆的802.11ac网卡只是2.4G与5G叠加起来，并不单是 5G频段。5G频段可以通过叠加天线MIMO技术来提高传输速率和减少衰减，不过由于频率较高的现实，衰减仍然会存在。不过目前支持802.11ac的设 备已经逐渐增多，高速的设备也逐渐出现在市场上，802.11ac的普及路即将铺开。       随着芯片方案的成熟和竞争的加剧，802.11ac的设备价格被慢慢拉低，一些知名品牌的无线WiFi都已经到300元的区间，100-200元之间也 有选择。当然这些802.11ac设备可能仅仅是单通道80MHz频段433Mbps，并没有达到16MHz的866Mbps高速率，不过对于家用来说已 经基本足够。廉价芯片方案的增多，价格的走低会是802.11ac设备的极大驱动力，当然要想实现真正的高速无线网络，除了路由器之外，设备、网卡也需要 升级到相应的ac级别，同时受环境、宽带速率等影响，用户的体验提升可能并没有十分明显，整个网络设备的升级还需要一定的成本和时间。     深圳市维立信电子科技有限公司 -吉时利(Keithley)华南区一级代理，优势产品2306/2303电源，2450触摸屏数字源表。   公司主营产品包括泰克Tektronix、吉时利Keithley、是德科技keysight（原安捷伦Agilent）全系列产品，以及罗德与施瓦茨RS、安立Anritsu、莱特波特Litepoint、横河机电等品牌的部分产品。详情请浏览公司官网：http://www.welissom.com.      联系人：严云峰  13428999908    电  话：0755-83766766    传  真：0755-83764868    Email:  evan08@126.com   QQ:1534045618    http://www.welissom.com    地  址：深圳市福田区红荔西路7002号第一世界广场A座8DE室(莲花山西)      公司常年备有现货.欢迎新老客户来电来函洽谈. 13428999908   严生  QQ:1534045618  

802.11ac将带来性能的显著提升，但若无更好的射频控制能力，性能提升将受到限制。 802.11ac正风靡当下。它代表802.11协议创新的又一根本性变革，有望真正实现千兆速率。 802.11ac通过利用更宽信道、更高效调制模式（射频电波内传输数据的方式）及多用户连接（所谓的多用户MIMO）实现了Wi-Fi性能的跨越式进步。实际上，将来这种进步将一波一波的到来。 然而，第2波要求的新型芯片不同于第1波设备（请阅读硬件升级）。 请铭记，不是所有的802.11ac接入点都是相同的。许多使用博通芯片的接入点将受到一些限制，例如无法支持50个以上的加密客户端。Broadcom.ac内没有板载CPU，所有Wi-Fi功能由主机（AP's）CPU处理。这就大大降低了效率，因为卸载无法使AP CPU处于低功耗状态。 一直以来，供应商都在承诺不久将实现千兆速度，你无法真正相信，因为大多数新功能要取决于Wi-Fi接入点管理射频频谱的能力。如今大多数企业级AP仍然使用无法控制射频信号的普通全向性天线设计。 坦白地讲，802.11ac最大的优点是运行在信道资源丰富的5GHz频段——使用25个非重叠信道提供500MHz带宽（相比之下，使用3个非重叠信道在2.4GHz频段内只提供83.5MHz带宽）。 高带宽信道也可兼容20MHz或40MHz 802.11a和11n设备。802.11ac采用了增强版保护机制（RTS/CTS）来动态决定是否全部或仅部分（如主要的20MHz、40MHz或80MHz）高带宽信道可用于传输。 最后，IEEE的一个根本任务是保持向后兼容前几代802.11协议。作为仅适用于5GHz频段的技术，802.11ac可同时支持802.11a与11n帧格式和保护机制，并可完全向后兼容二者。 这么说我们已经解决了所有问题，是吗？还没有那么快。 【 分页导航 】 第1页：新Wi-Fi浪潮来袭，请谨慎冲浪 第2页：频谱效率：更快速802.11ac之关键所在 第3页：信号路径控制大大提高了802.11ac的价值 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 频谱效率：更快速802.11ac之关键所在 关于802.11ac，供应商不会告诉你当多个AP使用高带宽信道时Wi-Fi网络内的频谱效率极易降低。 频谱效率与特定通信系统内给定带宽中传输的信息速率有关，是测定物理层协议对有限频谱的利用率的方法。 图片说明： 多用户MIMO 多个下行链路同时传输 4×4：4接入点 数据流1 数据流2 数据流3 数据流4 供应商也不会告诉你传输更快的调制技术将仅能使信噪比很高的近范围客户端（企业接入点所无法提供的优势）受益。由于5GHz Wi-Fi信号有效范围较小，而且不像2.4GHz信号可以穿透障碍物，因此范围也是一个问题。 因此，重点是寻找具有以下特点的802.11ac产品：专注于射频信号，提高增益以及扩展到实现更高的数据和调制速率。Wi-Fi系统适应多变环境与不同客户端类型的能力大大增加了其被充分利用的可能性（这让802.11ac对企业非常有吸引力）。 最后，请记住802.11ac的产生是有成本的——而且是很高的成本。该成本不仅是针对接入点，而且还要支持更高功率802.3at标准的新型PoE交换机，这些都是新型802.11ac AP所需具备的。 【 分页导航 】 第1页：新Wi-Fi浪潮来袭，请谨慎冲浪 第2页：频谱效率：更快速802.11ac之关键所在 第3页：信号路径控制大大提高了802.11ac的价值 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 信号路径控制大大提高了802.11ac的价值 为了使802.11ac达到宣传的效果，有必要提高对射频频谱内信号路径的控制能力。 以业界从802.11g过渡到802.11n为例——后者引入了多Wi-Fi射频链路（MIMO），即新的PHY速率、空间复用与帧合并——这一点已得到证实。这同样适用于公司从802.11n转向802.11ac。 例如，拥有每数据包自适应天线控制、极化分集与主动信道选择技术，Smarter Wi-Fi AP与802.11一起将256-QAM潜能最大化。这意味着： ● 较大的SNR/SINR增加了256-QAM有用的下行链路范围 ● 自适应极化分集结合最大合并比（PD-MRC）与更高的上行链路接收灵敏度，增加了256-QAM的上行链路范围，以及 ● AP可选择容量更大、噪音更低、干扰更少的信道 图片说明： 33% gain (1.3x): 33%增益(1.3x) 随着信道带宽的增加，从20MHz到40MHz，80MHz甚至160MHz，基于频谱重用、AP数量、传输功率、客户端设备类型以及信道支持等来决定适合每个环境的最佳信道带宽变得越来越困难了。 利用实际流量的统计建模确定可用的最高容量信道，最终以预测信道选择来应对这些问题。预测信道选择有助于802.11ac： ● 了解任何给定时间下最适于绑定的信道， ● 根据环境条件的改变而相应地改变信道， ● 根据客户端类型和数量、信道带宽支持以及每个带宽设置的总流量等环境找到最佳信道设置。 最后，当多用户MIMO袭来时，必须安装接入点以直接将Wi-Fi信号导向每个客户端，以此更好地分配信号。这样可以产生更高速的持续数据速率并提升客户端容量，因为用户可以更快速地登录和退出Wi-Fi网络而数据包流失和限制较少。 自适应或智能天线将对任何802.11ac部署带来不菲的价值。没有明确的射频控制，802.11ac性能将受到严重限制。 由于在任何给定时间下自适应天线总是将Wi-Fi信号导向尽可能快的路径，因此提供了更好的频谱效能——能够传输更大帧，扩展高级调制技术以及实现更高水平的SNR/SINR。 理论上讲，802.11ac协议前景乐观。但归根结底，提高容量加快数据高速传输的最好方法将需要一个更高级的射频管理方法。没有它，所做的一切都是在浪费时间和金钱。 【 分页导航 】 第1页：新Wi-Fi浪潮来袭，请谨慎冲浪 第2页：频谱效率：更快速802.11ac之关键所在 第3页：信号路径控制大大提高了802.11ac的价值 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载