无线局域网络802.11ac产品开发设计过程 - 全文

IEEE 802.11无线局域网络(WLAN)标准制定于1997年6月，802.11a与802.11c标准制定于1999年9月，然后802.11g标准制定于2003年6月，而802.11n标准制定于2009年10月。最新的802.11ac标准则于2014年1月获得批准。

由于与旧版标准相比，802.11ac可提供极高传输率，因此802.11ac又称为极高传输率(VHT)标准。802.11ac仅于5GHz频段中运行，并且会尽可能重新使用802.11n技术，以向下兼容旧版标准。802.11ac、802.11a与802.11均共存于5GHz频段当中。

 

802.11ac提供多种模式，其中包括透过80MHz信道传输而速度超过500Mbit/s的单一站点产能，与同样透过80MHz信道传输但速度超过1Gbit/s的多站点产能。802.11ac标准使用多项新技术，例如采用80+80连续设定的100MHz通道带宽，与80+80MHz通道汇整。

80+80MHz通道汇整中包含不相交的80+80MHz通道802.11ac提供高达八个多重输入多重输出(MIMO)空间串流，并且支持多使用者MIMO与高达256 QAM的更高阶次调变。

此外，802.11ac也提供时空区块编码与低密度奇偶校验编码等标准波束赋形技术。802.11ac可以实现多项应用，例如为众多客户提供高画质影片、快速同步与备份庞大的数据文件，与传送无线讯号至高画质屏幕以进行无线显示。此标准同时支持网状与点对点式回程流量、大型校园/礼堂的设定部署，以及制造层面自动化。

产品开发依循三阶段进行

802.11ac装置的设计人员往往面临独特挑战。举例来说，由于80M∼100MHz范围之间的通道带宽极广，因此对频谱平坦度的要求将更为严格。设计人员也必须解决逐渐增加的抗干扰需求。频段设定为5GHz的气象雷达也须要采用802.11ac标准，才能拥有足够的抗干扰能力来克服众多无线讯号干扰，由于开发装置时，必须使用多个仪器才能在连续频段模式(80+80MHz)中进行启动与分析，因此开发与测试装置时会需要额外的同步化作业。而更高的调变方式(256 QAM)，则需要更优良的传输星座误差效能与接收器输入敏感度。

一般产品开发周期包含下列三个主要阶段：设计与仿真、检验与确认、制造与测试。如图1所示，在一般开发周期中，设计人员首先使用软件来开发传输器硅智财(IP)，接着再转用其他平台进行原型制作与检验，最后必须使用第三个平台来进行设备制造与测试。设计人员每一次转换阶段时，都需要经历新的学习曲线，而且很有可能必须为不同的厂商或实作找出错误、不一致的地方。

图1 产品开发的三个阶段：(1)设计与模拟、(2)检验与确认、(3)制造与测试。

AWR解决方案最佳化开发过程

目前国家仪器(NI)已开发出一种全新的解决方案，让设计人员在设计过程的三个阶段中都能使用相同的IP，并从而统一收发器与接收器实作的IP。

为了达到此目的，国家仪器将多项软硬件工具整合成单一解决方案。其中包含设计无线通信解决方案的Visual System Simulator(VSS)系统设计工具、为无线装置射频(RF)连结设计射频/微波组件的Microwave Office电路设计软件，以及AWR 802.11ac标准函式库。

在转移至原型制作与测试阶段时，设计人员会使用VSS、LabVIEW，以及内建于VSS中的测试设备联机，来进行硬件回路仿真。设计人员也可以运用现场可编程门阵列(FPGA)与I/O转接器模块来测试仪器。

由于VSS与Microwave Office等工具都整合至单一AWR Design Environment之中，因此设计人员可以从设计初期、配置、电磁(EM)模拟到检验都使用相同的数据。

此外，由设计初期一直到检验与确认阶段，PXI平台都能持续协助设计人员开发原型。而该平台更兼具设定灵活性与低成本部署的特性。

本系统包含机箱、PXI控制器，以及用途广泛的外围设备模块。虽然本应用说明中的解决方案在原型制作与开发初期使用向量讯号收发器，但设计人员也可以使用其他各种向量讯号分析器或向量讯号产生器。而设计人员也能在进行开发时，将FPGA、I/O协同处理器机板、放大器、衰减器与切换模块等组件整合至解决方案中。

此方式让设计人员得以使用相同的平台，由研究与模型化作业转移至设计仿真、检验与确认，以及最后的制造阶段。如图2所示，由于AWR软件、LabVIEW与硬件彼此紧密结合，设计人员在最佳化开发过程时毋须切换操作环境。

图2 由于在AWR方式中，软件、LabVIEW与硬件彼此紧密结合，设计人员无须切换操作环境即可在不同的开发与测试阶段之间转移。

系统层级设计与分析实作

由图3中所示的系统层级设计与分析范例，可以了解设计人员如何运用这项全新的AWR解决方案。设计人员将硬件内标准讯号源与接收器的相同工具组加入测试模型，以便执行系统层级量测。该工具组可在稍后的设计周期中重新使用，协助执行硬件原型制作。

图3 由此系统层级设计与分析范例，可以了解设计人员如何运用与建立仿真模型时相同的硬件工具组，来执行系统层级测量。

下一个阶段使用同样的设计程序。由于VSS、LabVIEW与硬件紧密结合，因此相同的测试工作台可以重复使用，以便纳入需要进行量测的射频组件(图4)。此处的重点是设计人员可使用原始测试工作台/量测方式，而毋须在设计过程的每个阶段中都重复开发测试工作台。

图4 设计流程充分善用VSS、LabVIEW与硬件彼此的紧密结合，让设计人员得以在流程的每一个阶段都使用相同的测试工作台。

此外，设计人员进行生产测试时更可以使用平台中的FPGA功能，以便进行客制化量测，并且加速实时测验(图5)。设计人员可使用PXI平台进行802.11ac标准所需要的一切MIMO测试，并解决802.11ac讯号架构的带宽需求。

图5 当进行生产测试时，设计人员可运用平台的FPGA功能以进行客制化量测，加速实时测验。

总归来说，802.11ac解决方案的多功能框架，让设计人员由设计到检验与确认都能使用相同的IP，从而缩短开发、原型制作、生产与兼容性测试之间的转换周期。解决方案提供射频模型化作业与仿真功能，并且兼具开放性与弹性，可快速进行客制化FPGA量测。