深度解析11n的調(diào)制質(zhì)量和接收機(jī)的指標(biāo)

接上篇，今天繼續(xù)學(xué)習(xí)11n的調(diào)制質(zhì)量和接收機(jī)的指標(biāo)。其中調(diào)制質(zhì)量又分為發(fā)射中心頻率泄漏和發(fā)射機(jī)星座誤差。接收機(jī)的指標(biāo)包含接收機(jī)最小靈敏度、鄰信道抑制比、非鄰信道抑制比、最大輸入電平、RCPI測量、RIFS和CCA。

01

Transmit center frequency leakage

這個(gè)測試項(xiàng)在儀表中經(jīng)常出現(xiàn)的是IQ offset或者IQ original offset，我們已經(jīng)在之前詳細(xì)講解過他們的基本原理和產(chǎn)生的原因，可以通過關(guān)鍵字查詢搜索往期內(nèi)容來回顧一下：如何使用關(guān)鍵字搜索查看往期內(nèi)容

具體規(guī)定如下，注意是針對(duì)每根天線：

對(duì)于 20 MHz 信道寬度的發(fā)射機(jī)中心頻率泄漏，應(yīng)符合17章11a的相關(guān)規(guī)定：一起來學(xué)802.11物理層測試標(biāo)準(zhǔn)（11a的射頻要求)。但這里要說明一下，由于之前學(xué)習(xí)11a使用的是802.11-2016的版本，而在802.11-2020中這一部分有所更新，所以重新寫一下：中心頻率分量的泄漏不得超過max(P – 15，–20) dBm（在2016版本中此處是-15dBm），或者，相對(duì)于其余子載波的平均能量不應(yīng)超過+2dB。

對(duì)于 40 MHz 信道寬度，中心頻率泄漏不得超過max(P – 20，–20) dBm，或者，相對(duì)于其余子載波的平均能量不應(yīng)超過0 dB。

02

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Transmitter constellation error

RCE（relative constellation error）不能超過下表所列的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)速率的值。

但有以下條件需要說明：

首先，這個(gè)誤差是通過對(duì)子載波、OFDM 幀和空間流進(jìn)行RMS計(jì)算得出的；RMS的EVM的計(jì)算方法如下式所示：

總體來說，跟11a相比，不同在于增加了空間流的平均。其中：

Nf是測量的幀數(shù)；

是表示在if幀、OFDM符號(hào)is、子載波isc、空間流 iss?的復(fù)平面上的理想符號(hào)點(diǎn)；

是表示在if幀、OFDM符號(hào)is、子載波isc、空間流 iss?的復(fù)平面上的實(shí)測符號(hào)點(diǎn)；

P0是星座平均功率。

其次：測試的空間流數(shù)量應(yīng)等于使用的發(fā)射STA天線輸出端口數(shù)，也應(yīng)等于使用的測試儀器輸入端口數(shù)；發(fā)射STA的每個(gè)輸出端口應(yīng)通過電纜連接到測試儀器的一個(gè)輸入端口；在測試中，應(yīng)使用 EQM MCS，不得使用波束成形矩陣；以上對(duì)于 20 MHz帶寬和 40 MHz 帶寬均適用。

【名詞解釋】：

【MCS（Modulation and coding scheme）是一個(gè)決定調(diào)制、編碼和空間信道數(shù)量的值。它是由PPDU中的HT-SIG字段給出。下面的表19-27 至表 19-41列出了20MHz和40MHz帶寬下全套 MCS 的速率相關(guān)參數(shù)。由于11n出現(xiàn)了MIMO，就有了EQM和UEQM的概念：EQM是equal modulation，是指不同空間流采用相同調(diào)制。UEQM是unequal modulation，是指不同空間流采用不同的調(diào)制?！?/p>

MCS=07 和 32：?具有單個(gè)空間流；
MCS=8-31：具有多個(gè)空間流，所有空間流均采用EQM；
MCS=33-76：具有多個(gè)空間流，空間流采用UEQM；
MCS=77-127：reserved。

下面表格中的參數(shù)定義如下：

NSS：空間流數(shù)量；
NES：數(shù)據(jù)字段 BCC 編碼器數(shù)量；
R：編碼率；
NBPSC：每個(gè)單載波的編碼比特?cái)?shù)（各空間流的總和）；
NBPSCS(iSS)：iSS = 1,...NSS 時(shí)每個(gè)空間流的每個(gè)單載波的編碼比特?cái)?shù)；
NSD：每個(gè)空間流每個(gè) OFDM 符號(hào)的復(fù)數(shù)據(jù)數(shù)；
NSP：每個(gè) OFDM 符號(hào)的pilot值個(gè)數(shù)；
NCBPS：每個(gè) OFDM 符號(hào)的編碼比特?cái)?shù)；
NDBPS：每個(gè) OFDM 符號(hào)的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)；

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03

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接收機(jī)指標(biāo)

11n的接收機(jī)最小靈敏度（20MHz和40MHz帶寬），鄰道抑制，以及非鄰道抑制的指標(biāo)如下表所示：

1. 接收機(jī)最小靈敏度的測試條件如下：

PSDU 長度為 4096 個(gè)八進(jìn)制字節(jié)；

數(shù)據(jù)包誤碼率（PER）應(yīng)小于 10%；

最小輸入電平是在天線連接器處測量的，并且是每個(gè)接收天線的平均功率；被測空間流的數(shù)量應(yīng)等于已使用的發(fā)送 STA 天線輸出端口數(shù)，也應(yīng)等于已使用的被測設(shè)備輸入端口數(shù)；發(fā)射 STA 的每個(gè)輸出端口應(yīng)通過電纜連接到被測設(shè)備的一個(gè)輸入端口；

僅適用于non-STBC 模式、MCS 0-31、800 ns GI 和 BCC。

【名詞解釋】：

【STBC（Space-time block coding），是一種適用于發(fā)射器和接收器使用多天線情況下，可提供完全分集和極低復(fù)雜度，提高無線通信系統(tǒng)性能的編解碼技術(shù)。

GI：guard interval。

BCC：binary convolutional code?！?/p>

2. 鄰信道抑制的測試條件除了滿足以上，還需要：

測試時(shí)，將所需信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置為比上表規(guī)定的相關(guān)靈敏度高 3 dB；

提高干擾信號(hào)的功率，直至產(chǎn)生 10%的 PER；

干擾信道和所需信道信號(hào)的功率差就是相應(yīng)的相鄰信道抑制dB值，應(yīng)不小于上表中的規(guī)定；

對(duì)于20 MHz信道寬度，在2.4 GHz 工作時(shí)，相鄰信道中心頻率應(yīng)相隔25 MHz；在 5 GHz 頻段工作時(shí)，相鄰信道中心頻率應(yīng)相隔 20 MHz；

對(duì)于 40 MHz 信道寬度，相鄰信道中心頻率應(yīng)相差 40 MHz；
鄰信道中的干擾信號(hào)應(yīng)是符合HT PHY的信號(hào)，與被測信道中的信號(hào)不同步；

干擾信號(hào)的最小占空比應(yīng)為50%；

3. 對(duì)于非相鄰信道抑制的測試條件在滿足上述的基礎(chǔ)上有所不同的是：

非相鄰信道抑制僅適用于 5 GHz 頻帶；

對(duì)于5 GHz頻段20 MHz信道寬度，非相鄰信道中心頻率應(yīng)相差 40 MHz 或更多；

對(duì)于5 GHz頻段40 MHz信道寬度，非相鄰信道中心頻率應(yīng)相差 80 MHz 或更多。

4. 對(duì)于接收機(jī)的最大輸入電平，需滿足：

5?GHz頻段的最大輸入電平為-30 dBm；

2.4 GHz頻段的最大輸入電平為-20 dBm；

在任何基帶調(diào)制的情況下，最大 PER 均為 10%。

5. 接收信道功率指標(biāo) (RCPI) 測量：

RCPI（Received channel power indicator）是對(duì)接收幀所選信道中接收射頻功率的測量。該參數(shù)應(yīng)是 PHY 在接收到的幀的數(shù)據(jù)部分測量到的信道中的接收 RF 功率。接收功率應(yīng)為所有有效接收鏈路中功率的平均值。關(guān)于RCPI，在之前學(xué)習(xí)過的一起來學(xué)802.11物理層測試標(biāo)準(zhǔn)（WiFi的功率報(bào)告：RCPI、ANPI、RSNI和RSSI）中有詳細(xì)的解釋。

與11a的規(guī)定一致，對(duì)于11n，在接收機(jī)規(guī)定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，RCPI 應(yīng)等于接收到的射頻功率，精確度為 ± 5 dB（95% 置信區(qū)間）。接收射頻功率的確定應(yīng)假定接收機(jī)噪聲等效帶寬等于信道寬度乘以 1.1。

6. 減少的幀間距（RIFS）：

RIFS我們第一次接觸，首先IFS是幀間隔，在指定的IFS內(nèi)，STA 應(yīng)通過使用載波偵聽功能確定介質(zhì)處于空閑狀態(tài)。802.11的標(biāo)準(zhǔn)定義了十種不同的提供訪問無線介質(zhì)優(yōu)先級(jí)的IFS。RIFS 是減少開銷從而提高網(wǎng)絡(luò)效率的一種手段。在一個(gè)時(shí)序圖中，RIFS經(jīng)常跟SIFS（short interframe space）是或的關(guān)系，當(dāng)不需要 SIFS 分離的響應(yīng)傳輸時(shí)，RIFS 可用來代替 SIFS，以分離來自單個(gè)發(fā)射的多個(gè)傳輸。11n這里要求的是：接收機(jī)應(yīng)能解碼與前一個(gè) PPDU 相隔 RIFS （Reduced interframe space）傳輸?shù)?PPDU。那么11n的RIFS以及SIFS的要求是：

aRIFSTime=2us，
aSIFSTime=10us @2.4GHz；
aSIFSTime=16us @5GHz；

7. CCA：

我們曾在一起來學(xué)802.11物理層測試標(biāo)準(zhǔn)（DSSS-CCA-信道可用性評(píng)估）中介紹了CCA的幾種模式，11n也同樣需要遵守，只是稍微復(fù)雜。

首先，根據(jù)各個(gè)國家針對(duì)各個(gè)頻段和操作等級(jí)（operating calss）的規(guī)定，來判斷是否需要運(yùn)行?CCA-Energy Detect（CCA-ED）的模式。如果需要的話，那么當(dāng) CCA-ED 檢測到信道繁忙時(shí)，PHY 應(yīng)指示介質(zhì)繁忙狀態(tài)。

CCA-ED，實(shí)質(zhì)上是為改善頻譜共享，出于某些頻段需要，在不同系統(tǒng)間給出的相應(yīng)的一些限制行為。任何情況下，當(dāng)接收到所規(guī)定的信號(hào)強(qiáng)度超過主信道的dot11OFDMEDThreshold和輔信道（如果存在的話）的 dot11OFDMEDThreshold 所給出的CCA-ED 門限時(shí)，CCA-ED 應(yīng)檢測信道忙狀態(tài)。CCA-ED 門限也取決于各國家地區(qū)的具體規(guī)定。

如果說CCA-ED是各個(gè)國家和地區(qū)的額外要求，那么對(duì)于下述的頻段內(nèi)同系統(tǒng)的CCA-sensitivity則是一般性的強(qiáng)制需求：

對(duì)于non-HT PPDUs的CCA要求與11a和11g都是一致的。

對(duì)于HT STA，總結(jié)各種情況如下表所示：

對(duì)上表做如下解釋：

20MHz的最小調(diào)制和編碼速率對(duì)應(yīng)的靈敏度是 -82 dBm，那么當(dāng)接收機(jī)接收到一個(gè)20 MHz的HT信號(hào)高于這個(gè)-82dBm時(shí)開始，在 4us 時(shí)間內(nèi)需以大于 90% 的概率設(shè)置CCA檢測的忙狀態(tài)：PHY-CCA.indication(BUSY)。如果是檢測到其他的任何信號(hào)，比靈敏度高20 dB 或以上，即-82 + 20 = -62dBm時(shí)，則同樣應(yīng)該顯示信道繁忙狀態(tài)。

如果是不支持接收 HT_GF PPDU 的 HT STA，則當(dāng)收到任何有效的HT_GF信號(hào)，并且這個(gè)信號(hào)在20 MHz 信道中接收電平大于或等于-72 dBm時(shí)，應(yīng)指示信道忙狀態(tài) [PHY-CCA.indication(BUSY)]。

工作信道寬度等于 40 MHz 的 20/40 MHz STA 接收機(jī)應(yīng)在主信道和副信道上提供 CCA。當(dāng)輔信道空閑時(shí)，主信道中如果接收到20 MHz HT 信號(hào)，并且電平大于或等于最小調(diào)制和編碼速率靈敏度 -82 dBm 的開始時(shí)算起，PHY 應(yīng)在 4us 內(nèi)以大于 90% 的概率生成 PHY-CCA.indication(BUSY, {primary}) 原語。

如果接收到占用主信道和輔信道的 40 MHz HT 信號(hào)，并且在接收電平大于或等于最小調(diào)制和編碼速率靈敏度 -79 dBm 時(shí)，應(yīng)使 PHY 在 4us 內(nèi)為主信道和輔信道生成 PHY-CCA.indication(BUSY, {primary, secondary}) 原語，每個(gè)信道的概率應(yīng) >90%。

如果不支持接收 HT_GF PPDU 的 HT STA，如果輔信道空閑，則對(duì)主信道中接收電平大于或等于 -72 dBm 的任何有效 HT_GF 信號(hào)指示{主}信道忙狀態(tài)（PHY-CCA.indication(BUSY, {primary}) 原語）。

不支持接收 HT_GF PPDU 的 HT STA 應(yīng)在接收電平大于或等于 -69 dBm 時(shí)，為主信道和輔信道中的任何有效 40 MHz HT_GF 信號(hào)指示{主、輔}信道忙狀態(tài)（PHY-CCA.indication(BUSY, {primary,secondary})原語）。

對(duì)于 20 MHz 主信道中任何電平大于或等于-62 dBm 的信號(hào)，接收機(jī)應(yīng)顯示{主}信道忙狀態(tài)。該電平比 20 MHz PPDU 的最小調(diào)制和編碼速率靈敏度高 20 dB。當(dāng)主信道空閑時(shí)，接收機(jī)會(huì)在 20 MHz 輔信道中任何信號(hào)達(dá)到或超過 -62 dBm 時(shí)指示{輔}信道忙狀態(tài)。當(dāng)主信道和輔信道中出現(xiàn)的任何信號(hào)在主信道中達(dá)到或超過 -62 dBm，在輔信道中達(dá)到或超過 -62 dBm 時(shí)，接收機(jī)應(yīng)顯示{主、副}信道繁忙狀態(tài)。

編輯：黃飛

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