目前Wi-Fi市場(chǎng)上主流為Wi-Fi 5（802.11ac），近年Wi-Fi 6（802.11ax）逐漸在旗艦級(jí)消費(fèi)產(chǎn)品嶄露頭角，未來可預(yù)見Wi-Fi 6會(huì)逐漸成為主流。Wi-Fi 6是以Wi-Fi 5為基礎(chǔ)，除了速度的提升外，更著重降低同時(shí)間內(nèi)多用戶狀況下數(shù)據(jù)傳輸?shù)嫩杖?，例如大眾運(yùn)輸系統(tǒng)、演唱會(huì)與運(yùn)動(dòng)球場(chǎng)等人潮用戶眾多的區(qū)域。Wi-Fi 6其新增特點(diǎn)如OFDMA、1024QAM技術(shù)、資源單位（Resource Unit）等。百佳泰為Wi-Fi聯(lián)盟指定實(shí)驗(yàn)室，早已跟緊腳步，率先提供Wi-Fi 6相關(guān)測(cè)試，特別也在此撰文分享相關(guān)驗(yàn)證重點(diǎn)。

關(guān)于Wi-Fi 6與Wi-Fi 5的差異，我們可先從下圖比較表來簡(jiǎn)單快速了解，并針對(duì)關(guān)鍵差異于稍后說明。

Item	Wi-Fi 5（802.11ac）	Wi-Fi 6（802.11ax）
使用頻段	5GHz	2.4GHz , 5GHz
多任務(wù)存取技術(shù)	TDMA	OFDMA
子載波間距	312.5KHz	78.125KHz
調(diào)制編碼方案(MCS)	0~9（256QAM）	0~11（1024QAM）
空間串流 (Spatial Stream, SS 傳輸時(shí)天線使用數(shù)量)	4SS	8SS（Max）
最高理論傳輸速度	866Mbps（1SS, BW160MHz）, 最高3.46Gbps（4SS, BW160MHz） *BW Bandwidth傳輸帶寬	1.2Gbps（1SS, BW160MHz）, 最高9.6Gbps（8SS, BW160MHz） *BW Bandwidth傳輸帶寬

 

使用頻段

Wi-Fi 6與Wi-Fi 5不同，Wi-Fi 6同時(shí)支持2.4GHz與5GHz頻帶。所以Wi-Fi 6進(jìn)行測(cè)試需測(cè)試兩個(gè)頻帶，所以設(shè)計(jì)者在開發(fā)過程中，需考慮到測(cè)試項(xiàng)目增加會(huì)使開發(fā)時(shí)程變長(zhǎng)。

多任務(wù)存取技術(shù)

TDMA模式：

左圖TDMA工作模式，將一個(gè)數(shù)據(jù)分切在多個(gè)子載波內(nèi)，同一時(shí)間內(nèi)，讓一個(gè)用戶使用全部的子載波，直到下一個(gè)時(shí)間區(qū)段才換另外一個(gè)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

在說明OFDMA模式之前，必須先說明一個(gè)Wi-Fi 6新增加的資源叫做資源單位（Resource Unit，RU）。

Wi-Fi 6導(dǎo)入OFDMA資源單位，目的是能在人潮眾多的情況下，同一時(shí)間支持更多使用者。例如帶寬20MHz時(shí)可以有9個(gè)RU26（9個(gè)使用者）或者1個(gè)RU242（1個(gè)使用者），搭配不同的帶寬，RU資源單位大小與數(shù)量也會(huì)變換，一些基本的RU組合可以參考下表。

RU Type	Channel Bandwidth
	20MHz	40MHz	80MHz	160MHz/ 80+80MHz
	User Quantity
RU-26	9	18	37	74
RU-52	4	8	16	32
RU-106	2	4	8	16
RU-242	1	2	4	8
RU-484	N/A	1	2	4
RU-966	N/A	N/A	1	2
2 x RU-966	N/A	N/A	N/A	1

Wi-Fi 6 RU有不同的大小，對(duì)應(yīng)到不同帶寬會(huì)有不同的RU資源單位數(shù)量。而不同大小的RU資源單位可于限制帶寬內(nèi)調(diào)整RU大??；例如RU26兩組可改為RU52一組，請(qǐng)參考下圖40MHz帶寬基本架構(gòu)：

例1：40MHz帶寬內(nèi)，全部排滿有18個(gè)RU26，也代表可同時(shí)服務(wù)18個(gè)使用者。

例2：40MHz帶寬內(nèi)，可變換為數(shù)個(gè)不同大小的RU，下圖代表可服務(wù)6個(gè)使用者。

回到多任務(wù)存取技術(shù)說明圖，右圖OFDMA工作模式，如同OFDM將高速訊號(hào)分切進(jìn)各個(gè)子載波，子載波的數(shù)量是可以增加或減少，不同數(shù)量的子載波用資源單位RU整合分類，并且在同時(shí)間內(nèi)，將不同的資源單位RU分配給不同的用戶，達(dá)到同時(shí)間服務(wù)更多用戶的目的。資源單位RU可彈性重設(shè)大小，大資源單位RU可提高用戶傳輸速度使其加快完成數(shù)據(jù)傳輸；而小資源單位RU可在有限的帶寬內(nèi)提供更多的用戶，在用戶密集的場(chǎng)所可有效減少訊號(hào)傳不出去的用戶感受，此資源單位RU的特性是Wi-Fi 6的一大特點(diǎn)。

子載波間距

最小數(shù)據(jù)承載的載波，Wi-Fi 6將子載波間距從312.5KHz縮小為78.125kHz，增加了子載波可用數(shù)量，而 256個(gè)子載波組成一個(gè)最小的RU26資源單位，Wi-Fi 6傳輸時(shí)，會(huì)因應(yīng)用戶數(shù)量與傳輸數(shù)據(jù)大小，靈活調(diào)整子載波數(shù)量的多寡，可有效降低用戶傳輸數(shù)據(jù)的壅塞感。

調(diào)制編碼方案（MCS）

802.11ax導(dǎo)入1024-QAM更高階數(shù)的調(diào)變，并增加MCS 10、11（Modulation and Coding Schemes），從802.11ac 256-QAM的最小符元8bits提高為10bits，故其速度可以提升25%。

下圖為IQ星座圖，可得知1024QAM傳輸能量振幅越大、間隔更小，故對(duì)振蕩頻率、時(shí)間誤差等因素要求更精確，對(duì)解調(diào)的EVM要求更高。

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Wi-Fi 6 實(shí)測(cè)評(píng)比

我們拿市場(chǎng)主流品牌Intel的AX200無線網(wǎng)絡(luò)卡做測(cè)試，此卡支持Wi-Fi 6并且向下兼容其他Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，有兩個(gè)天線接頭可安裝兩支天線。AX200無線網(wǎng)絡(luò)卡透過PCIe轉(zhuǎn)接卡安裝于計(jì)算機(jī)主機(jī)PCIE插槽上做測(cè)試。測(cè)試在電波隔離室（Shielding room）內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)部墻壁、天花板與地板鋪滿吸波材來達(dá)到隔離室外干擾源，讓室內(nèi)的我們量測(cè)到真正的產(chǎn)品信號(hào)質(zhì)量。測(cè)試的量測(cè)設(shè)備為Rohde & Schwarz（羅德史瓦茲）的CMW500，CMW500為Wi-Fi、Bluetooth、LTE等主流無線技術(shù)的綜合測(cè)試儀器，透過Wi-Fi信令模式功能與AX200無線網(wǎng)絡(luò)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與測(cè)試。

測(cè)試架構(gòu)如下圖：

測(cè)試條件：

Channel 挑選中間頻帶2.4GHz Channel 6、5GHz Channel 100做為代表，而Data Rate挑選最低速M(fèi)CS0與最高速M(fèi)CS11兩種搭配，因?yàn)镸CS0是所有Wi-Fi最基礎(chǔ)的傳輸速度，MCS11則是使用Wi-Fi 6最新的1024QAM技術(shù)，所以有確認(rèn)的必要性。

TX 測(cè)試項(xiàng)目	RX測(cè)試項(xiàng)目
Burst Power (dBm) EVM (dB) Center Frequency Error (Hz) Symbol Clock Error (ppm) Timing Error (us) Carrier Frequency Offset，CFO (Hz)	Sensitivity (dBm)

TX 測(cè)試項(xiàng)目

• Burst Power (dBm)：

Burst Power即為Wi-Fi模塊輸出端的功率，功率越大，傳輸狀況越佳。從以上Burst Power發(fā)現(xiàn)不同MCS (Data Rate)的Power很穩(wěn)定，但在不同的RU大小會(huì)有不同的變化，小RU的Power會(huì)較低；而大RU的Power會(huì)較高。
當(dāng)使用小RU的Power設(shè)計(jì)產(chǎn)品，后續(xù)進(jìn)行法規(guī)認(rèn)證可能因?yàn)榇驲U使Power升高，而可能產(chǎn)生法規(guī)認(rèn)證不符規(guī)格的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)建議將大與小RU的Power值進(jìn)行確認(rèn)是否符合設(shè)計(jì)需求。
Burst Power是可以調(diào)整的，透過常見的功率放大器(PA)及內(nèi)部增益自動(dòng)控制(Automatic Gain Control)，Power的調(diào)整會(huì)使電源消耗會(huì)隨著變化。產(chǎn)品如果電池容量有限制或者對(duì)于消耗電量有較嚴(yán)苛要求，可透過軟件或硬件電路進(jìn)行Power調(diào)整，例如降低一些Power性能，換取電源消耗降低，開發(fā)者可與模塊或芯片供貨商討論，從中取得平衡設(shè)計(jì)。

• EVM (dB)：

EVM誤差向量幅度，信號(hào)質(zhì)量與解調(diào)越好，EVM會(huì)越低，規(guī)格需小于35dB。從EVM測(cè)試結(jié)果得出，MCS11易發(fā)生超出規(guī)格狀況，此現(xiàn)象可能因?yàn)镸CS11是使用1024QAM而對(duì)振蕩頻率要求較高而超出規(guī)格，而較低速的MCS0則是非常穩(wěn)定。

• Center Frequency Error (Hz)：

Center Frequency Error指的是發(fā)射端的載波中心頻率誤差，規(guī)格需小于±100KHz，從測(cè)試結(jié)果得出，在高低MCS與不同大小RU allocation皆符合規(guī)格，Wi-Fi Channel頻率與本地振蕩器誤差皆可能造成Center Frequency Error變化，如果Center Frequency Error不符合規(guī)格，有可檢查硬件的振蕩器與軟韌體可調(diào)頻率的設(shè)定，并且可與WLAN供貨商討論設(shè)計(jì)方式。

• Symbol Clock Error (ppm)：

Center Frequency Error數(shù)值會(huì)被發(fā)射端的振蕩器誤差影響，其規(guī)格需小于±20ppm，從Symbol Clock Error測(cè)試結(jié)果得出數(shù)據(jù)穩(wěn)定符合規(guī)格，代表選擇的振蕩器的精度足夠穩(wěn)定。

• Timing Error (us)：

AP端傳輸信號(hào)給STA端(客戶端)，STA端需在時(shí)間內(nèi)回復(fù)，時(shí)間規(guī)格為±400ns以內(nèi)。因?yàn)槊總€(gè)開放給用戶使用傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間是被限制的，客戶端若不在時(shí)間內(nèi)回傳，需等待至下次AP端訊號(hào)詢問才能傳輸，若是發(fā)生多次無回傳，客戶端會(huì)感受到傳輸速度下降。

從Timing Error測(cè)試結(jié)果得出數(shù)據(jù)穩(wěn)定符合規(guī)格，代表用戶傳輸速度較不容易產(chǎn)生延遲。

• Carrier Frequency Offset (Hz)：

Wi-Fi 6因?yàn)樽虞d波間距從的312.5kHz縮小為78.125kHz，故更要求STA端本地振蕩器頻率誤差，規(guī)格為±350Hz以內(nèi)，從Carrier Frequency Offset測(cè)試結(jié)果得出，在小的RU allocation容易超出規(guī)格。若本地振蕩器頻率偏移，會(huì)造成信號(hào)傳輸頻率不同步或?qū)ζ渌l帶用戶造成干擾，故需量測(cè)此頻率誤差并預(yù)先做補(bǔ)償以得到更為精確的頻率。

RX 測(cè)試項(xiàng)目

• ?Sensitivity (dBm)：

Sensitivity為接收端靈敏度，靈敏度值越低，代表能接收到能量越低的信號(hào)。測(cè)試的MCS0規(guī)格為-82dBm、MCS11規(guī)格為-52dBm，代表此模塊對(duì)于弱的Wi-Fi信號(hào)會(huì)有較佳的接收能力以及較遠(yuǎn)的傳輸距離。

優(yōu)化Sensitivity的方式是降低產(chǎn)品內(nèi)部的噪聲（Noise），噪聲一般分為輻射（radiation）與傳導(dǎo)性（conductive），輻射噪聲透過空氣介質(zhì)做傳導(dǎo)，可用金屬屏蔽做屏蔽阻絕輻射噪聲。

而傳導(dǎo)性噪聲是透過電路板的零件與線路傳導(dǎo)，可使用磁珠（Bead）、共模濾波器（CMC，Common mode choke）、電容等零件濾除噪聲，以及電路板布局（Layout）做接地面與貫孔強(qiáng)化設(shè)計(jì)等。

綜合以上說明，可以了解到在硬件設(shè)計(jì)上有諸多方式可避免惡化Sensitivity的設(shè)計(jì)，百佳泰除了標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi量測(cè)設(shè)備外，也具備噪聲量測(cè)等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，能與客戶討論與協(xié)助Wireless產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

無線產(chǎn)品中，RF端系統(tǒng)最基本的組合主要為天線與RF電路模塊，其整合的性能測(cè)試即為OTA；當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生問題需要厘清，可將系統(tǒng)中的天線與RF電路模塊端分別獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試，目的是隔離每個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)塊，讓各個(gè)區(qū)塊的問題不互相影響，即可厘清是那一個(gè)系統(tǒng)各區(qū)塊是造成問題。

綜合以上介紹，若將所有Channel , 2.4GHz/5GHz Band , Data Rate , Bandwidth等測(cè)試條件展開測(cè)試至少多達(dá)2000個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，至少花費(fèi)數(shù)個(gè)月測(cè)試時(shí)間，這樣的測(cè)試時(shí)間是很難配合項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度的；百佳泰以Intel AX200 WLAM Card測(cè)試結(jié)果為例，部分測(cè)試項(xiàng)目超出規(guī)格（EVM、Carrier Frequency Offset），客戶可規(guī)劃較有風(fēng)險(xiǎn)的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)先量測(cè)，將測(cè)試時(shí)間縮短到2周內(nèi)，大幅提高效率，并且較能配合產(chǎn)品項(xiàng)目開發(fā)時(shí)程。

隨著近年Wi-Fi電子產(chǎn)品逐步導(dǎo)入Wi-Fi 6，可預(yù)見Wi-Fi 6能見度越高，其測(cè)試需求自然也會(huì)增加，開發(fā)者會(huì)需要更了解Wi-Fi 6技術(shù)與量測(cè)。百佳泰提供「無線測(cè)試與設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)」可協(xié)助客戶訂定合理有效的測(cè)試計(jì)劃，并協(xié)助測(cè)試與除錯(cuò)，提高您的Wi-Fi 6或其它無線產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力！