WiFi7技術及無線測試設備

       隨著電子信息技術的發展，越來越多的新興應用場景如元宇宙概念下的沉浸式AR/VR；多人4K/8K高清視頻會議、云端辦公場景；工業物聯網數據的無線傳輸；大型網絡游戲等均對無線通信的輸出傳輸有超高的數據初速速率，高可靠性、低時延的要求。

      WiFi7的設計目標是利用現有的2.4GHz和5GHz頻段以及6GHz頻段，兼顧高性能和高可靠性兩方面特性，使得WiFi速率達到30Gbit/s以上，時延降低到5ms以下，使得WiFi7產品既能向下兼容現有的WiFi4，WiFi5和WiFi6的技術標準，也能在6GHz頻段提供高的吞吐量和低時延性能，滿足日益增多的新興應用場景。

一、新一代WiFi技術標準——關于WiFi7的核心技術

       WiFi7是新一代WiFi技術標準，也稱其為高吞吐量標準為（Extreme High Throughput，EHT）。為了達到更高的性能，WiFi7采用了320MHz帶寬、4096QAM高階調制、多空間流(MIMO)、多鏈路操作（MLO）等多種技術來提升數據速率和優化頻譜效率。我們先來看一下WiFi物理層數據速率的計算公式：

        在上述公式中，表示傳輸使用的載波數量，即頻譜帶寬；表示傳輸使用的空間流，就MIMO的數據流數量；表示每個QAM調制符號攜帶的數據bit位數。也就是說，WiFi的MAX數據速率和傳輸數據使用的頻譜帶寬，使用的空間流數量和QAM調制符號攜帶的數據bit位數成正比關系。我們通過對比WiFi5，WiFi6和WiFi7的主要技術指標（如圖一所示）可以發現，WiFi7通過在6GHz頻段使用320MHz的信道帶寬，和4096QAM的調試方式，配合8X8MIMO的多空間流，在單頻連接的情況下，可以將數據傳輸速率提高到23Gbps，接近WIFI6的速率的2.4倍。如果再配合多鏈路運行模式，疊加上5GHz頻段160MHz帶寬和2.4GHz頻段20MHz帶寬的數據傳輸，WiFi7的數據傳輸總速率可以高達36Gbps，而且在三頻同時連接的工作模式下，WiFi傳輸可以更穩定和更低的時間延遲。

圖一 WiFi5/6/7的技術指標

       WiFi7采用了諸多的新特性技術，那么在生產WiFi7產品的過程中，必然需要在研發、生產和合規檢測等等環節使用測量儀表對其各種射頻指標或進行校準，或進行驗證，那測試WiFi7的新特性，都對儀表的硬件有哪些要求呢？讓我們一一來看：

（1）320MHz帶寬 

WiFi7在擁有更寬頻譜帶寬的6GHz頻段(5925—7125MHz，共計1200MHz帶寬)能夠使用連續的320MHz帶寬進行射頻信號收發，這要求儀表的頻率范圍能達到7.125GHz，同時儀表的信號源和分析儀的基帶帶寬要大于320MHz。    

（2）4096QAM高階調制

        在調制信號中，越高階的QAM調制意味著更密的星座圖距離，也就意味著產品的射頻接收器和發射器需要有更精準的調制精度。誤差矢量幅度(Error Vector Magnitude, EVM) 是量化信號調試質量的重要指標。如圖二所示，WiFi7采用的高階4096QAM調制的EVM測試要求要≤-38dB，這對WiFi7的測量儀表的硬件殘留EVM有了更高的要求。

圖二 WiFi7 EVM的指標要求 

（3）多空間流

        多空間流(MIMO)：在現有WiFi7的規范中，定義了MIMO支持高8個數據流，WiFi7的愿景是能夠支持16個數據流。目前出貨的WiFi產品，支持MIMO的超過50%。絕大部分產品是2x2、3x3和4x4，而支持8x8的產品鳳毛麟角。因此，對測量儀表來說，具有支持320MHz帶寬的4x4MIMO的測試能力，是測量WiFi7的必選。

（4）多鏈接操作

        多鏈接操作（Multi-Link Operation，MLO）：在4G和5G技術里，載波聚合技術是提升蜂窩網絡傳輸速率的絕招。終于在WiFi世界里，也引入了類似的多鏈接技術MLO。WiFi7協議定義了多鏈路設備(Multi-Link Device，MLD)，支持AP和STA之間同時建立多條鏈路，實現多鏈路聚合，可以顯著提高吞吐量并減少延遲。對于WiFi6及之前協議的AP和STA，它支持兩個或三個頻段，端到端之間只能建立一個鏈路。WiFi7 MLO工作模式和WiFi6及之前協議的STA多頻段支持區別如圖三所示。對于WiFi7協議的MLD AP和MLD STA對于MLD設備的測量，儀表至少需要具備兩路RF通路來同時收發多頻段信號，信令儀表還需要具有同時模擬多個AP或STA的能力，才能測試MLD設備的多鏈接操作的能力。

圖三 WiFi7 MLO

二、CMP180和CMX500——著眼于未來的R&S WiFi7測試方案

       做無線通信的測試測量儀表，R&S是認真的，更是專業的！對于WiFi7技術的測試，R&S準備了兩套寬帶綜測儀方案：非信令無線通信綜測儀CMP180和信令CMX500。

（一）CMP180非信令無線通信綜測儀

          CMP180作為一臺高性能非信令無線通信綜測儀，用于生產和研發測試，詳細信息如圖四所示。

圖四 CMP180信息總覽

       CMP180擁有更好的射頻性能如高達8GHz的頻率覆蓋，寬達500MHz的中頻帶寬和在320MHz帶寬下低至48dB以下的儀表EVM，結合內置RF雙通道的硬件設計，單表可以實現對WiFi7 320MHz帶寬下的SISO和2x2MIMO信號的精準測量，輕松應對WiFi7產品在研發和生產中的射頻測試需求。CMP180同時具有兩臺儀表組合升級成CMPflexx系統的功能，從而實現WiFi7 4x4MIMO和多鏈路操作下的射頻測試能力。雖然CMP180應WiFi7而生，它同樣是一臺集蜂窩和非蜂窩測試技術于一身的多功能儀表，已通過高通、聯發科、博通多家芯片廠家工具的集成，基本可以做到拿來就用。

圖五 CMP180 MLD 測試

（二）CMX500新一代無線通信測試儀一體機

      CMX500是R&S新一代無線通信測試儀一體機，支持LTE，5GNR，WiFi等多種信令測試。儀表采用模塊化和可擴展的硬件設計，射頻單元的數量可以根據需要靈活配置1 到4 塊， 射頻單元的頻率上限支持到8GHz，單個射頻單元有8個射頻口，內置開關矩陣，可以實現四路同時輸出和2路同時輸入，下行1GHz和上行500MHz的工作帶寬，可以滿足WiFi7 6GHz頻段320MHz帶寬信號的測試需要。

圖六 CMX500 可擴展的硬件

        儀表內置Linux 操作系統，采用基于Web 網頁的GUI 操作界面CMsquares 進行測試，界面美觀，應用靈活。

圖七 CMX500 WiFi信令測試界面

       儀表內置數據應用服務中心，高可以滿足20Gbps 應用層端到端吞吐量測試。儀表還內置了WiFi協議分析工具，因此一臺CMX500 即可完成WiFi協議、射頻、應用等各項測試。目前CMX500已實現對WiFi7及以下協議的SISO和2x2MIMO的信令測試及應用層數據吞吐量的測試，同時實現對WiFi的MLO技術的性能測試。

圖八 CMX500 測試WiFi7信令

三、結語

       R&S針對WiFi7產品的特性，推出了多端口多通道非信令綜測儀CMP180和多端口多通道信令綜測儀CMX500，并在隨著WiFi7產品的測試需求，逐步優化和功能演進，確保能夠滿足生產，研發和認證實驗室等客戶對射頻測試的需求。