Die Funk-Performance von IEEE-802.11be-Geräten verifizieren

Ihre Anforderung

Wie man am aktuellen Entwurf der IEEE-802.11be-Spezifikation, die bereits für spezifische Implementationen auf der Bitübertragungsschicht ausreichend definiert ist, sehen kann, ist die Entwicklung der Wi-Fi-Standards der nächsten Generation in vollem Gange. Signalgeneratoren und Signalanalysatoren helfen bei der Erkundung der Wi-Fi-7-Signalwelt und ermöglichen erste Komponenten- und Modultests für diesen neuen Standard.

Die nächste Wi-Fi-Generation: Der neueste IEEE-802.11ax-Wi-Fi-Standard wurde definiert, um die Effizienz zu verbessern und eine breitere Palette an Anwendungsfällen zu unterstützen – beispielsweise für Örtlichkeiten, an denen mehrere verbundene Geräte gleichzeitig aktiv sind. Zu den Technologiegrundsteinen zählen die Einführung von OFDMA, ein Unterträgerabstand von 78,128 kHz, längere Schutzintervalle und 1024QAM als höchstmögliches Modulationsverfahren.

Der neue Standard legt den Schwerpunkt auf hohen Datendurchsatz bei geringer Latenz für Applikationen zuhause, in Büros und in Fabriken.

Zwei praktische Ansätze helfen bei der Verbesserung des Datendurchsatzes auf der Bitübertragungsschicht: die Anwendung von höherwertigen Modulationsverfahren und ein flexiblerer Einsatz von zugewiesenen Frequenzspektren, insbesondere in Umgebungen mit hoher Benutzerdichte.

IEEE 802.11be beinhaltet beide Ansätze und spezifiziert auch höherwertige MIMO-Verfahren. Der neue Standard basiert auf IEEE 802.11ax und verfolgt diesen Ansatz konsequent. Beispielsweise wurden die Signalbandbreiten auf bis zu 320 MHz erweitert, um die größere Spektrumverfügbarkeit im 6-GHz-Band zu nutzen. Zudem sind neue Modulationsverfahren bis 4096QAM in Kombination mit der parallelen Übertragung von bis zu 16 Datenströmen möglich. Die Zuweisung mehrerer Frequenzblöcke (Multiple Resource Units, MRU) an einen Teilnehmer ermöglichen eine effizientere Nutzung des Spektrums und Zugangspunktverbindungen, die besser auf datenhungrige Clients zugeschnitten sind.

Mit dem neuen Standard wird Multilink Operation (MLO) eingeführt, um mehrere physische Verbindungen zu bündeln und so den Datendurchsatz, die Latenz und die Zuverlässigkeit zu verbessern.

All diese Erweiterungen ermöglichen zusammen einen „Extremely High Throughput“ (EHT), wie in IEEE 802.11be speziell für IEEE-Standards definiert.

IEEE 802.11be definiert zwei neue Formate für Protokolldateneinheiten (PPDU) auf der Bitübertragungsschicht mit einer neuen Präambel, um eine Langzeitanwendung und Abwärtskompatibilität sicherzustellen. Zusammen mit EHT-spezifischen Feldern für Steuerdaten enthält jede Präambel einige Legacy-Felder zur Abwärtskompatibilität mit früheren IEEE-802.11-Standards.

Die Geräte müssen in der Lage sein, die neuen PPDU-Formate zu verarbeiten und weitere anspruchsvolle physikalische Anforderungen zu erfüllen.

Erzeugen von IEEE-802.11be-Signalen

Eine Lösung zur Erzeugung von IEEE-802.11be-Signalen muss zwei Bedingungen erfüllen: die Unterstützung einer Signalbandbreite von 320 MHz für alle EHT-Übertragungsverfahren und Funktionalitäten für die 4096QAM-Signalerzeugung im 6-GHz-Band (5,925 GHz bis 7,125 GHz). Beim Testen von Verstärkern und Empfängern muss die EVM-Performance des Generators unterhalb von –50 dB liegen. Der High-End-R&S®SMW200A und der Mid-Range-R&S®SMM100A Vektorsignalgenerator erfüllen diese Anforderungen.

Dafür sind zwei Optionen notwendig: die Basisoption R&S®Sxx-K54 zur Erzeugung von Signalen gemäß IEEE 802.11a/b/g/n/j/p in Kombination mit der zusätzlichen Option R&S®Sxx-K147, die neue Funktionalitäten für IEEE 802.11be beinhaltet.

Schnelle und einfache PPDU-Konfiguration

IEEE-802.11be-Signale lassen sich in nur wenigen Schritten konfigurieren. Als Erstes wählt man den Übertragungsmodus im Frame Block Sequencer, anschließend konfiguriert man die PPDU.

Wie oben erwähnt, werden mit IEEE 802.11be neue PPDU-Formate (EHT MU und EHT TRIG) eingeführt, die U-SIG- und EHT-SIG-Felder, speziell für IEEE 802.11be mit Legacy-Training- und Signaling-Feldern, beinhalten. Einige Signalisierungsdaten einschließlich des PHY Version Identifier sind vorkonfiguriert. Weitere Parameter wie Link Direction, PPDU-Typ, BSS Color, STA-ID, MCS-Typ und Kanalkodierung lassen sich direkt und übersichtlich im PPDU-Konfigurationsdialog wählen.

Die menügesteuerten Einstellungen zu Resource Unit Allocation und Punctured Channels werden indirekt auf EHT-SIG und U-SIG angewendet. Die Option IEEE 802.11be ermöglicht die Zuweisung von Multiple Ressource Units (MRU) an einen einzelnen Teilnehmer.

Resource Units können über 242, 484 oder 996 Unterträger verfügen, wodurch festgelegt wird, wieviele Kanäle einem Teilnehmer zugewiesen werden können. Der MRU Index definiert die Positionen der Resource Units innerhalb des Kanals.

Bestimmte Frequenzbereiche innerhalb der Signalbandbreite, die von bevorrechtigten Anwendungen wie Wetterradaren belegt sind, werden automatisch ausgeschlossen und nicht für die Übertragung verwendet. Nach Auswahl des Standards (erste Spalte) können im Konfigurationsmenü weitere Einstellungen vorgenommen werden.

Spatial Mapping

Um den Datendurchsatz zu erhöhen, spezifiziert IEEE 802.11be bis zu 16 parallele Datenströme sowohl für SU-MIMO (16×16) als auch für MU-MIMO für bis zu acht Stationen gleichzeitig und bis zu vier Datenströme für jeden Teilnehmer. R&S®SMW200A und R&S®SMM100A berechnen alle Datenströme mit Bordmitteln, wobei zwei gleichzeitig über die HF-Schnittstellen von R&S®SMW200A ausgegeben werden können.

Analysieren von IEEE-802.11be-Signalen

Die Messoption R&S®FSx-K91BE erweitert die bestehenden Messoptionen für IEEE 802.11a/b/g/n/p/ac/ad/ax/ay der High-End-R&S®FSW und Mid-Range-R&S®FSV3000 Signal- und Spektrumanalysatoren um Funktionalitäten für IEEE 802.11be.

Zwei Ansätze für das Einrichten einer Analyse

Zum einen kann man das Konfigurationsmenü für das PPDU-Format nutzen, um Signale zu definieren, die nicht vollständig dem Standard entsprechen. Dies kann im frühen Stadium der Standardisierung von Interesse sein.

Mehr Komfort bieten die Modi Auto Demodulation und Auto Detection für die Einstellung von Parametern wie Länge des EHT Long Training Field (EHT LTF) und Schutzintervalle. Im Auto-Detection-Modus wird der Analysator automatisch auf ein angelegtes IEEE-802.11be-Signal eingestellt und listet die Parameter auf. Die Zuweisung von Resource Units, das Modulation and Coding Scheme (MCS) und weitere anwenderspezifische Werte lassen sich ebenfalls in den neuen U-SIG- (Universal SIG) und EHT-SIG-Signalfeldern definieren.

Die neuen 4096QAM-Modulations- und Coding-Schemata sowie Signalbandbreiten bis 320 MHz stellen höhere Ansprüche an die Signalqualität als bisher. IEEE 802.11be fordert einen maximalen EVM von –38 dB sowohl für Multi-User PPDUs (EHT MU PPDU) als auch für triggerbasierte PPDUs (EHT TB PPDU). Rechnet man eine Sicherheitsmarge von 10  dB ein, sollte der Analysator den EVM bis minimal –48 dB genau messen können. Mit der Option R&S®FSW-B320 für eine Analysebandbreite von 320 MHz erfüllt der R&S®FSW diese Anforderung.