Diagnosetool für neue Mobilfunkstandards
Wi-Fi 7 sicher testen
Damit die Einhaltung gesetzlicher Normen und Standards für neue Wireless-Technologien wie 6G, IEEE802.11be und Wi-Fi 7 nicht zum Entwicklungs-Hemmschuh wird, gilt es, bereits im frühen Entwicklungsstadium die richtige Messtechnik zu verwenden. Hier setzt eine neue Messsoftware von Keysight an.
Von Andrew Herrera, Keysight Technologies
Die ersten Produkte und Systeme für kabellose lokale Netzwerke (WLAN) wurden mit den Standards 802.11b, 802.11g und 802.11a eingeführt – sie bieten einen höheren Datendurchsatz als der ursprüngliche 802.11-Standard aus dem Jahr 1997. Doch das Wireless-Segment entwickelt sich schnell weiter und integriert immer neue Technologien, um neue Applikationen realisieren zu können und dem Bedarf an höheren Datenraten gerecht zu werden. Ziele sind ein höherer Datendurchsatz und eine bessere Frequenznutzung – und letztendlich eine bessere Nutzererfahrung.
Der aktuelle WLAN-Standard 802.11ax ist eine evolutionäre Verbesserung von 802.11ac. Er bietet eine deutlich höhere Effizienz, Kapazität und Abdeckung für eine bessere Nutzererfahrung, insbesondere für dichte Einsatzszenarien in Innen- und Außenbereichen wie Stadien, Flughäfen und Einkaufszentren. Im Gegensatz zu 802.11ac arbeitet 802.11ax in den Bändern 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz. Er verwendet Technologiebausteine wie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) für hohe Effizienz, 8x8 MU-MIMO (Multi-User, Multiple-Input und Multiple-Output) für hohe Kapazität und Uplink Scheduling für höhere Kapazität, Effizienz und bessere Nutzererfahrung. Andere Technologien, wie die 1024-QAM-Modulation, verbessern den Durchsatz.
Neues bei 802.11be
Der 802.11be-Standard befindet sich zwar noch in einem frühen Entwicklungsstadium, ist aber sehr vielversprechend. Viele neue Features werden den Durchsatz deutlich erhöhen und Echtzeitanwendungen unterstützen. Zu diesen Features gehören eine Übertragungsbandbreite von 320 MHz, die Verwendung von 4096 QAM-Modulation und Verbesserungen bei MIMO mit mehr räumlichen Streams. Wie 802.11ax wird auch 802.11be in den Frequenzbändern 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz arbeiten. Diese neuen Eigenschaften stellen eine enorme Verbesserung gegenüber der vorherigen Generation dar.
| 802.11n High Throughput (HT) WLAN | 802.11ac Very High Throughput (VHT) WLAN | 802.11ax High Efficiency (HE) WLAN | 802.11be Extremely High Throughput (EHT) WLAN | |
|---|---|---|---|---|
|
Frequenzband (GHz) |
2,4/5 | 5 |
2,4/5/6 |
2,4/5/6 |
|
Multiplexing-Verfahren |
OFDM | OFDM | OFDMA | OFDMA |
|
Kanal-Bandbreite (MHz) |
20, 40 |
20, 40, 80, 160, 80+80 |
20, 40, 80, 160, 80+80 |
20, 40, 80, 160, 320 |
|
Abstand der Subcarrier (für nicht-legacy Teil) (kHz) |
312,5 |
312,5 |
78,125 |
78,125 |
|
Symboldauer, ohne Guard Intervall (µs) |
3,2 |
3,2 |
3,2/6,4/12,8 |
3,2/6,4/12,8 |
|
Guard Interval/ zyklisches Präfix (µs) |
0,8 |
0,4/0,8 |
0,8/1,6/3,2 |
0,8/1,6/3,2 |
|
Anzahl der räumlichen Streams |
4 | 8 | 8 | 16 |
|
Multi-User (MU)-Technologie |
nicht verfügbar |
MU-MIMO: nur Downlink, bis zu 4 Anwender |
MU-MIMO: Downlink und Uplink, bis zu 8 Anwender OFDMA: Downlink und Uplink |
MU-MIMO: Downlink und Uplink, bis zu 8 Anwender OFDMA: Downlink und Uplink, mit mehreren RUs (MRU) zu einer Station |
|
Größe der RU (Resource Unit) (Anzahl der Subträger, auch als Tones bezeichnet) |
Volle Kanal-Bandbreite |
Volle Kanal-Bandbreite |
26, 52, 106, 242, 484, 996, 2*996 |
Klein: 26, 52, 78, 106, 132 Größe: 242, 484, 996 und Kombinationen |
|
Modulation des Daten-Subcarrier |
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM |
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM |
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM, 1024QAM |
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM, 1024QAM, 4096QAM |
| Kanalcodierung |
BCC (obligatorisch), LDPC (optional) |
BCC (obligatorisch), LDPC (optional) |
BCC (obligatorisch), LDPC (obligatorisch) |
BCC (obligatorisch), LDPC (obligatorisch) |
|
Maximale theoretische Datenrate (Mbps) |
600 |
6933,3 |
9607,8 |
>30 Gbps |
Tabelle 1: Vergleich der Bitübertragungsschicht (PHY) von 802.11n, 802.11ac, 802.11ax und 802.11be.
Die neuen WLAN-Geräte sollten abwärtskompatibel sein und mit den älteren IEEE 802.11-Geräten, die im selben Band arbeiten, koexistieren. Tabelle 1 vergleicht die wichtigsten Technologien der Bitübertragungsschicht (PHY) von 802.11n, ac, ax und be.
Regulatorische Herausforderungen bei 802.11be
Mit neuen Features wie Abwärtskompatibilität, Koexistenz und 4096-QAM-Modulation wird es jedoch Herausforderungen bei der Erfüllung der regulatorischen Standards geben.
Nehmen wir die 4096 QAM-Modulation als Beispiel. Im Vergleich zur vorherigen Generation 802.11ax ist die QAM-Modulation 3 dB strengere Anforderungen an die Error Vector Magnitude (EVM) von -38 dB für 802.11be gegenüber -35 dB für 802.11ax. Bei anspruchsvollen EVM-Anforderungen spielen Fehlerquellen wie Rauschen, Nichtlinearität des Leistungsverstärkers, Phasenrauschen usw. eine wichtige Rolle. Diese Änderungen erfordern hochleistungsfähige Signalanalyse-Testsoftware und -geräte, um eine Analyse des unteren EVM-Floors zu ermöglichen.
EVM-Analysen und -Messungen sind wichtige Kennzahlen zur Bewertung der Signalqualität. Die Messung eines Signals mit dem richtigen EVM kann ihre eigenen Schwierigkeiten mit sich bringen. Die gleichzeitige Messung mehrerer Signale zur Demodulation und Bewertung des EVM sowie die Reduzierung von Fehlerquellen kann jedoch eine große Herausforderung darstellen, insbesondere wenn es darum geht, den Fehlerort zu bestimmen. Software spielt eine entscheidende Rolle bei der Prüfung neuer Standards wie Wi-Fi 7. So wie sich die Standards weiterentwickeln, so entwickeln sich auch die Tools, die zum Messen und Testen verwendet werden. Die Software wird ständig weiterentwickelt, um die kabellose Konnektivität zu verbessern.
Test-Software für die Signalanalyse
Mess-Software für die Signalanalyse, Signalerzeugung und sogar Automatisierung bietet eine einzigartige Lösung, um ein bestimmtes Ergebnis zu erzielen. Die Wahl der Software ist wichtig, um eine zukunftssichere Lösung zu ermöglichen.
Mit Software für die 802.11n/ac/ax- und 802.11be-Modulationsanalyse können sich Entwickler einen Vorsprung bei den neuesten Wireless-Signalen verschaffen. Die Softwareoptionen bieten ein fortschrittliches Toolset zur Fehlersuche und Evaluierung, das für die Analyse alter und neuer Wireless-Signale entwickelt wurde und Technologien wie MU-MIMO und OFDMA abdeckt, die in den neuesten Standards verwendet werden. Die 802.11-Standards gehören zu den über fünfundsiebzig Signal- und Modulationsarten, die eine einzige Software unterstützen kann.
Mit der entsprechenden Test-Software können Anwender praktisch jede Facette eines Signals untersuchen und selbst die modernsten Designs optimieren. Mithilfe von Software können Entwickler die Komplexität reduzieren, während sie Design-Kompromisse bewerten.
Die Geschichte der Wireless-Standards hat gezeigt, dass es keine Verlangsamung bei Verbesserungen und Leistung gibt. Die Überprüfung der gesetzlichen Standards und die Auswahl von Software zur Lösung dieser Probleme ist wichtig. Betrachten wir die neue 4096-QAM-Modulationsanforderung für Wi-Fi 7.
Häufig ist das Phasenrauschen die Hauptursache für EVM-Probleme in OFDM-Systemen. Software zur Vektorsignalanalyse ermöglicht Anwendern die Charakterisierung des Phasenrauschens innerhalb der 802.11be-Demodulationsmessung unter Verwendung eines OFDM-Kanals, der als Phasenrausch-Spektrum-Trace bezeichnet wird. Diese Methode bewertet die Signalqualität und Fehlervektormessungen der übertragenen Signale. Für alle Wireless-Standardformate zeichnet die Signalanalysesoftware auch Fehlervektorspektrum, Fehlervektorzeit, gemeinsamen Pilotfehler, Kanalfrequenzgang und mehr auf.
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Bild 1 ist ein Beispiel für eine Software, die es Ingenieuren ermöglicht, eine unbegrenzte Anzahl von simultanen Messkurven zu betrachten, die Ergebnisse wie EVM im Verhältnis zur Frequenz oder Zeit, Frequenzgang des Equalizer-Kanals, gemeinsamer Pilotfehler und Phasenrauschspektrum anzeigen. Die Software kann auch bei den neuen MIMO-Bestimmungen helfen, z. B. bei der Messung der Modulationsqualität, da die IEEE 802.11-Spezifikation eine spektrale Emissionsmaske (SEM) verlangt. Die SEM ist hauptsächlich ein Maß für die Interferenz innerhalb des Wireless-Bandes. SEM-Messungen kann die Software mit einem schnellen Setup für 802.11be 40 MHz (shared), 160 MHz und 320 MHz Bandbreite durchführen.
Softwarelösungen sind ein wichtiges diagnostisches Tool für Wireless-Verbindungstests, insbesondere für Wi-Fi 7. Die Software ermöglicht fortschrittlichere Testfunktionen wie Cross-Correlated EVM (ccEVM) zur Verbesserung der EVM-Leistung.
ccEVM ist eine Technik, mit der der Dynamikbereich eines Empfängers erweitert wird, um die beste EVM-Leistung zu erzielen. Dazu werden zwei Empfänger verwendet, die dasselbe Signal unabhängig voneinander erfassen und demodulieren. Dieses Verfahren führt auch eine Kreuzkorrelation der Fehlervektoren durch, um das von den Empfängern hinzugefügte unkorrelierte Rauschen zu eliminieren, was zu einem wesentlich niedrigeren EVM-Wert führt. Bei dieser Methode enthält der ccEVM-Wert in erster Linie das Rauschen des Prüflings bzw. im Falle eines Verstärkers das Rauschen der Signalquelle und des Prüflings.
Bild 2 ist ein Beispiel für den Einsatz einer ccEVM-Software. In diesem Beispiel verwenden die Ingenieure einen Signalgenerator und zwei Empfänger zusammen mit ccEVM, um eine EVM-Verbesserung um 6 dB für das 802.11be-WLAN-Signal zu erreichen.
Fazit
Die Liste der Funktionen, die Software für das Testen kabelloser Verbindungen bietet, ließe sich beliebig fortsetzen, doch das Ergebnis ist dasselbe. Software ist von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, Standards wie Wi-Fi 7 und alle neu veröffentlichten Wireless-Standards zu testen. Leistungsstarke Lösungen ermöglichen einfachere Tests und Bewertungen, um sicherzustellen, dass Wireless-Geräte den Vorschriften entsprechen. Die Software ermöglicht es Ingenieuren, kritische Probleme bei kabellosen Verbindungen zu analysieren, zu testen und zu beheben.
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