Test von Wireless-LAN-Geräten
Der neue WLAN-Standard 802.11ac und seine Testanforderungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
MIMO und MU-MIMO
In den älteren WLAN-Standards gibt es nur einen Datenstrom zwischen dem Zugangspunkt und einem Endgerät. Die MIMO-Übertragung wurde erstmals mit 802.11n eingeführt. Damit wurde die Kommunikation zwischen Zugangspunkt und Endgeräten über zwei oder mehr vollständig voneinander getrennte Sende-/Empfangs-Kanäle unter Nutzen des Übersprechens zwischen ihnen umgesetzt. Hauptziel war die Erhöhung der Datenrate, die ein einzelner Nutzer von seiner drahtlosen Verbindung erwarten konnte.
»In den Spezifikationen werden die Ausdrücke ‚Eingang‘ und ‚Ausgang‘ auf das Medium zwischen den Sendern und den Empfängern, den so genannten ‚Kanal‘, angewandt und schließen beide HF-Komponenten mit ein«, führt Moskov aus. »So beaufschlagt eine Basisstation mit zwei Sendern den Kanal mit zwei Eingängen (‚MI‘), während ein mobiles Endgerät mit zwei Empfangsketten dem Kanal zwei Ausgänge entnimmt (‚MO‘). Das gilt jedoch nur, wenn die gesendeten und empfangenen Daten voneinander unabhängig und nicht nur eine Kopie derselben Daten sind.«
Echtes MIMO mit zwei Sendern und zwei Empfängern mit jeweils unterschiedlichem Dateninhalt, wird auch Raummultiplex genannt. Jeder Empfänger sieht den Ausgang des Kanals als Kombination der Ausgänge der Sender. Die Empfänger führen Kanalbewertungsverfahren und Matrizenrechnungen durch, um die beiden Datenströme voneinander zu trennen und zu demodulieren. Unter idealen Umständen würde sich die Datenkapazität gegenüber SISO verdoppeln, allerdings sind die Anforderungen an das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich höher.
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Typische Konsumgeräte gemäß 802.11n bieten meist nur zwei oder drei räumliche Streams statt der im Standard spezifizierten vier. 802.11ac erweitert dies auf maximal acht Streams, wobei die ersten Implementierungen laut Moskov voraussichtlich bis zu vier unterstützen werden. Neu bei 802.11ac ist auch das Konzept Multi-User MIMO (MU-MIMO). Im Gegensatz zum normalen MIMO, das den Datendurchsatz zu einem einzelnen Gerät verbessert, soll MU-MIMO die Nutzung von Systemressourcen optimieren und die Effizienz verbessern.
Herausforderungen für Entwicklung und Test
Grundsätzlich entsprechen die Standard-Tests für Sender und Empfänger gemäß 802.11ac denen der 802.11n, die zusätzlichen Leistungsmerkmale werden von neuen Definitionen und Spezifikationen abgedeckt. Zusätzlich zu diesen Tests sind Konformitäts- und weitere Funktionstests zur Verifizierung des Designs und zum Nachweis der Interoperabilität nötig.
»Einige der neuen Leistungsmerkmale von 802.11ac stellen Entwicklung und Test vor neue Herausforderungen«, so Spiro. »Eine davon ist der Einsatz der 256QAM-Modulation, die exzellente Werte für Fehlervektorgröße bzw. Konstellationsfehler in Sender und Empfänger voraussetzt. Gründe für schlechte EVM-Werte lassen sich mit Hilfe der Vektor-Signalanalyse herausfinden.« Tools wie die VSA-Software 89600 von Agilent ermöglichen eine detaillierte Analyse von 802.11ac-Signalen.
»Eine weitere Herausforderung ist die digitale Vorverzerrung zur Verbesserung der Linearität von Leistungsverstärkern«, betont der Experte. »Sie erfordert üblicherweise das Erzeugen und Messen von Signalen, die die drei- bis fünffache Bandbreite des zu linearisierenden Verstärkers aufweisen. Wir setzen hier mit unserer SystemVue-Software an, die den Entwurf der Vorverzerrungsfunktionalität automatisiert. Sie erzeugt eine Stimulus-Wellenform, die in einen HF-Signalgenerator geladen und an den Leistungsverstärker angelegt wird. Die Antwort des Verstärkers wird von einem Signalanalysator erfasst und mit dem erwünschten Signal zur Erzeugung der Vorverzerrungsmatrix verglichen. Anschließend wird das vorverzerrte Signal an den Verstärker gelegt und die Antwort überprüft.«
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