Беспроводная сеть стандарта 802.11ac: особенности и преимущества нового стандарта wi-fi

Основные требованияПрименениеФизический уровеньТаблица 1. Распределение поднесущих по полосе

Незадействованные поднесущие являются нулевыми, которые используются для передачи постоянного сигнала или в качестве защитного интервала. Поскольку устройства 802.11ас обязательно должны быть совместимыми с существующими устройствами более ранних версий 802.11, то они посылают преамбулу в каждой полосе 20 МГц, чтобы устройства могли синхронизироваться с пакетом. При этом увеличивается PAPR (отношение пиковой мощности к средней), ухудшая эффективность усилителей мощности. Для ослабления этого эффекта применяется вращение сигнала на поднесущих верхней полосы 20 МГц (см. табл. 2). Аналогичный прием уже применялся в стандарте 802.11n для канала 40 МГц.

Таблица 2. Поворот поднесущих

Вторым отличием стандарта 11ас является малое количество индексов MCS, характеризующих способы модуляции. Из таблицы 3 видно, что в 11ас предусмотрено 10 вариантов, а в 11n — 77. Стандарт 11n поддерживал редкие типы модуляции, например, BPSK на одном канале и 16QAM на другом. В то же время в действительности ни одно устройство 11n не поддерживало разные типы модуляции, поэтому в 11ас принято решение использовать только одинаковые.

Таблица 3. MCS индексы 11ас

Формат пакета

Структура пакета 802.11ас показана на рисунке 1. Первые три поля занимают две тренировочные последовательности L-STF (короткая), L-LTF (длинная) и L-SIG (сигнал). Тренировочные последовательности содержат информацию, необходимую для обнаружения сигнала. Они используются при оценке смещения частоты, синхронизации по времени и т.д. Пометка L обозначает «legacy», т.е. устаревший стандарт. Эти поля необходимы для совместимости с предыдущими версиями Wi-Fi. Поле L-SIG содержит информацию о длине пакета.

Рис. 1. Структура пакета 802.11ас

Характеристики передатчика

Рассмотрим основные характеристики передатчика 802.11ас. Общий вид спектральной маски для каналов 20, 20, 80 и 160 МГц показан на рисунке 2, частоты перелома указаны в таблице 4. По вертикали на графике отложена «амплитуда» в dBr, т.е. по отношению к максимальной спектральной плотности сигнала.

Таблица 4. Характерные точки спектральной маски

Рис. 2. Спектральная маска

В случае использования канала 80+80, для каждой половины используется маска 80 МГц. Точки, в которых стыкуются маски, перечислены в таблице 5. Маска для двух несмежных сигналов 80 МГц, разделенных полосой 160 МГц, отражена на рисунке 3. После определения маски в dBr следует пересчитать ее на величину передаваемой мощности, чтобы удостовериться, что ни одно значение маски не лежит ниже –59 дБм/МГц.

Таблица 5. Точки стыковки масок для канала 80+80 МГц

Рис. 3. Маска для двух несмежных сигналов

Спектральная неравномерность позволяет измерить, имеют ли поднесущие одинаковую мощность. Энергия, передаваемая на каждой поднесущей, не должна отставать от среднего значения для полосы больше, чем на заданную величину. На рисунке 4 показана спектральная неравномерность как функция от частоты поднесущей. Значения характерных точек приведены в таблице 6. Например, в канале шириной 20 МГц энергия поднесущей с индексом 5 должна отличаться от средней энергии поднесущих 1–16 не более чем на ±4 дБ, а энергия поднесущей с индексом 20 должна лежать в коридоре +4/–6 дБ от средней энергии поднесущих 17–28. Заметим, что для канала 160 МГц все поднесущие должны отклоняться от среднего не более чем на +4/–6 дБ.

Таблица 6. Характерные точки для графика спектральной неравномерности

Рис. 4. Зависимость спектральной неравномерности от частоты поднесущей

Характеристики приемника

Рассмотрим параметры приемников, которые должны соответствовать стандарту 802.11ас. Во-первых, проводится анализ на минимальную чувствительность по входу, чтобы гарантировать, что приемник может демодулировать минимально допустимый сигнал, т.е. количество ошибочных пакетов не должно превышать 10%. Для 11ас минимальный входной уровень сигнала определяется типом модуляции, скоростью кодирования и полосой (см. табл. 7). При тестировании накладываются следующие ограничения: длина пакета не менее 4096 байт, защитные интервалы 800 нс, BCC и кодирование без использования STBC.

Таблица 7. Минимальная чувствительность приемника

Анализ на подавление соседних и несмежных каналов позволяет оценить способность приемника обнаруживать и демодулировать сигнал в присутствии постороннего более сильного сигнала в близлежащем канале. Для иллюстрации обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Пример анализа

Приемник демодулирует полезный сигнал с частотой f_o, полосой W и мощностью на 3 дБ выше, чем минимальный порог (см. табл. 7). Присутствует сторонний OFDM-сигнал с рабочим циклом более 50% и с полосой W, отстоящей на W от fo. Мощность постороннего сигнала больше, чем полезного. Увеличивая мощность стороннего сигнала, измеряем частоту появления ошибочных пакетов. Когда она достигает 10%, измеряем разницу между мощностью стороннего и полезного сигнала. Допустимые значения приведены в таблице 8. Для случая несмежных каналов значения аналогичны за тем исключением, что сторонний сигнал отстоит от полезного на 2W.

Таблица 8. Пример анализа на подавление соседних и несмежных каналов

Литература1. 802.11ac Technology Introduction//www.rohde-schwarz.com.