透视802.11ax：解读下一代无线网路标准

　　新一代802.11标准——802.11ax，使用2.4GHz或5GHz频段，更进一步承诺提升连线速度，并且支援OFDM、高达1024QAM以及多用户的多重输入多重输出（MIMO）技术。

　　消费者和企业现在已经离不开无线资料存取。过去30年来，资讯趋向自由流通，带动整体产业的转型与成长，不仅有助于促进增加生产力，并且为业界创造了更大的利润。IEEE 802.11标准规范下的Wi-Fi技术，成为转型过程中的一大关键助力，为使用者提供涵盖范围广、成本低、传输速率快的无线连接方式。

　　新一代802.11标准——802.11ax，使用2.4GHz或5GHz频段，更进一步承诺提升连线速度，并且支援OFDM、高达1024QAM以及多用户的多重输入多重输出（MIMO）技术。

　　深入认识802.11ax

　　为了深入了解802.11ax标准，首先必须回头检视802.11ac标准。802.11ac标准支援多达4个空间资料串流;而2016年1月公布的802.11ax草案规格基于802.11ac，并将空间串流的数目增加了一倍，大幅提升了每个空间串流的效率（以及资料吞吐量）。与802.11ac相似，802.11ax也作业于5GHz频段作，以便为80MHz和160Hz通道提供更广阔的频谱空间。

　　802.11ax之所以如此具有吸引力，原因在于它可以显着提升吞吐量，同时有效改善行动装置的电源利用率。而且除了改进理论上的系统吞吐量（如各种新技术宣称的标准规格）之外，即使是在使用者的实际环境中，包括人口稠密的场所、室内与户外等存在干扰源的环境，也可以达到提升吞吐量的作用。

　　简单地说，802.11ax承诺消费者可获得更出色的使用者体验，并涵盖所有可能的应用情境。对于互动式高画质（HD）视讯等新兴应用的发展，这无疑是大好消息，因为这些领域通常要求在众多Wi-Fi使用者密集的严苛环境下操作（例如体育馆和大众运输系统）。

　　为了实现以上的这些目标，802.11ax必须使用一些不同的技术。尽管此标准预计将以OFDM为基础，但不乏其他技术可供选择，包括OFDMA、MU-MIMO以及高阶调变。OFDM通常用于高资料率系统，藉以对抗通道的不规则性（例如选择性衰减）。但OFDM技术必须因应802.11ax进行调整，以便使用更窄的次载波间隔（4倍符号长度）与更多的可变循环前置（CP）区间，以因应不同的使用情境，尤其是户外长通道，在效率和稳定性之间加以取舍变得至关重要。

　　另一项可提高网路性能的候选技术是交叠基本服务集（OBSS）抗干扰处理。OBSS技术具有多种不同的形式，并可能包含波束成形接收的某些变化，随着接取点（AP）的广泛部署而越显重要。这一类部署突显了频谱管理、降低相邻AP干扰的重要性，OBSS技术便是为此而生。前述OFDM、OFDMA、MU-MIMO及高阶调变技术，将提升802.11ax的空间重用和频谱效率，实现提高系统性能的目标。

　　种种挑战，不容忽视

　　如同所有的新兴标准一样，802.11ax所采用的技术——例如OFDM和抗干扰处理技术，大幅提高了设计复杂度，并为工程师带来形形色色的全新测试挑战。其中一部份的挑战涉及基本量测，如表中所示，而其他的挑战则来自新的测试要求。例如，802.11ax规格中所定义的发射器测试和关键的接收器测试虽然均承袭802.11ac，但也新增了多重使用者（MU）传输的测试项目。MU传输是802.11ax最重要的新功能之一，藉由提供传输准确性和同步STA，来强化有效运作。因此，各种支援MU传输的全新测试要求纷纷出笼。

　　表1：即使是基本量测，也会因802.11ax所采用的全新技术而产生许多测试挑战

　　除了前述的测试要求之外，还有许多亟待克服的设计挑战。包括： __建立室内/户外通道模型：__IEEE 802.11ax的目标是在室内和户外操作时提升每一站的吞吐量。相较于室内通道，户外通道通常具有较大的延迟扩展和通道时间变化。有鉴于此，业界选用3GPP ITU-R Urban Micro （UMi）及Urban Macro （UMa）通道模型，作为802.11ax户外空间通道模型的基准。

　　然而，这些模型也需要适当改善，以适用于新的规格。例如ITU-R的通道模型需加以扩大，以支援802.11ax的160MHz频宽。一旦修改完成，还需要进行建模、重新取样和内插，以得到所需的系统频宽。

　　此外，由于路径损耗是802.11ax面临的一大问题，建立室内和户外情境之路径损耗模型成为当务之急。TGn通道B与D模型已广泛用于室内情境，藉以模拟墙壁和地板的讯号穿透能力，而户外情境则将在UMi路径损耗模型的基础上发展。

　　窄频干扰：窄频干扰是802.11ax必须考量的问题之一，这主要是因为内部传输讯号，或是来自其他装置产生的讯号/谐波，落入802.11ax系统相同频段所引发的问题。业界正运用许多新技术来处理接收器，以减轻这种干扰所带来的负面影响，例如经过快速傅立叶转换（FFT）、陷波滤波处理而产生CP/ZP-OFDM之后，可搭配使用音调消除技术。双次载波调变（DCM）原本是用于BPSK、QPSK和16QAM调变的可选调变方式，现在也成了另一种可行的技术方案。确保802.11ax量测解决方案全面支援这些技术相当重要。

　　执行更高阶的调变：802.11ax的主要目标是为用户端的无线网路速度提升4倍达到10Gbps，其方式是采用新的调变及编码方式（MCS）指数级10和11，以及搭配1024QAM调变机制。使用更高阶的调变，系统将会变得对内部和外部衰减更加敏感，因此需要更高的SNR，以维持可接受的BER/FER级。如果系统的SNR高于35dB，将会很难利用经济实惠的硬体来处理，因为它超过了典型收发器的杂讯指数、减损和损失，尤其是在RF电路和ADC/DAC中。因此，唯有具备准确模拟能力，才能掌握真正的非理想硬体的讯号解调方式，以及随之而来的BER/FER效应。

　　MIMO检测技术：在接收器方面，采用1024QAM的MIMO系统主要面临的技术瓶颈，在于现有MIMO检测技术的扩展性。目前在MIMO系统中有许多主流检测器，例如，归零（ZF）、最小均方误差（MMSE），以及极其复杂的最大相似度（ML）检测器。同时还有许多次优选择的检测器，可协助进行复杂度/系统效能的取舍。然而，随着802.11ax的问世，建立模型并测试全新检测演算法的模拟成果，变成当前的首要任务。