Tests der Uplink-Genauigkeit für WLAN IEEE 802.11ax

Signalgeneratoren und -Spektrumanalysatoren von Rohde & Schwarz können verwendet werden, um IEEE-802.11ax-Stationen in Bezug auf die Anforderungen bei der Uplink-Genauigkeit zu testen. Messungen wie Restfehler der Trägerfrequenz und Timing-Genauigkeit der HE-TB-PPDU-Übertragungen werden unterstützt.

Ihre Anforderung

Die drahtlose Kommunikation per WLAN erfreut sich weltweit großer Beliebtheit und wurde im Laufe der Jahre immer wieder erheblich weiterentwickelt. Mit früheren WLAN-Versionen wurden Funktionalitäten auf der Bitübertragungsschicht wie größere Bandbreite, MIMO und höherstufige Modulationsverfahren eingeführt. Somit erhöhte sich der Durchsatz. Um die Herausforderungen von überfüllten Netzen anzugehen, wird beim kommenden Standard IEEE-802.11ax der Schwerpunkt auf einer erhöhten Gesamteffizienz liegen. Die wichtigste Änderung ist die Einführung von OFDMA für Uplink und Downlink. Dieses Verfahren bietet mehr Flexibilität, bringt aber auch eine gesteigerte Komplexität mit sich. Um den Erfolg von zukünftigen WLAN-IEEE-802.11ax-Geräten und -Diensten zu gewährleisten, ist es offensichtlich, dass neue Tests durchgeführt werden müssen, um deren Verbindungsfähigkeit zu verifizieren.

Insbesondere für den OFDMA-Uplink, der auch High-Efficiency Trigger-Based (HE TB) PPDU genannt wird, ist es von entscheidender Bedeutung, dass alle Geräte innerhalb der definierten Grenzwerte arbeiten. Da mehrere Stationen (STA) an der HE-TB-PPDU-Übertragung beteiligt sind, müssen die involvierten STAs Übertragungszeit, Frequenz, Abtasttakt und Leistung synchronisieren, um Probleme aufgrund von Störungen zu mindern.

Der HE-TB-PPDU-Übertragung (im Uplink) geht ein Trigger-Rahmen voraus, der vom Access Point (AP) (im Downlink) gesendet wird. Dieser Trigger-Rahmen wird an sämtliche Stationen gesendet, um die Uplink-Übertragung zu koordinieren. Der Trigger-Rahmen beinhaltet Informationen wie Nutzdatenlänge, Bandbreite, Zuweisung von Resource Units (RU) und Modulationsverfahren. Jede STA muss ihre LO-Frequenz mit der Frequenz des Trigger-Rahmens synchronisieren. Darüber hinaus muss die Übertragung des Uplink-Signals nach einem Zeitintervall, Specified Short Interframe Space (SIFS) genannt, nach Ende des Trigger-Rahmens beginnen.

Da eine STA nur einen kleinen Teil der verfügbaren Bandbreite (OFDMA) belegt, muss sie sicherstellen, dass unerwünschte Aussendungen innerhalb des Kanals unterhalb bestimmter Grenzwerte verbleiben, um keine anderen Stationen zu stören.

Messtechnische Lösung

Signalgeneratoren und Spektrumanalysatoren von Rohde & Schwarz erzeugen den erforderlichen Trigger-Rahmen und analysieren die Antwort der STA. Beispielsweise sendet ein R&S®SGT100A Vektorsignalgenerator einen benutzerdefinierten Trigger-Rahmen an die zu testende STA. Die STA antwortet, indem sie einen HE-TB-PPDU-Rahmen sendet, der an den R&S®FSW zur Analyse weitergeleitet wird. Beide Messgeräte teilen sich ein 10-MHz-Referenzsignal zur Frequenzsynchronisation. Der R&S®SGT100A liefert an den R&S®FSW zusätzlich ein Trigger-Signal für die Zeitsynchronisation. Der Nutzer kann den Trigger-Rahmen vollständig konfigurieren, einschließlich aller erforderlichen „Common Info“- und „User Info“-Felder, um Informationen für alle Stationen zu spezifizieren, z. B. Nutzdatenlänge, sowie Informationen für die einzelne, zu testende STA, beispielsweise die RU-Zuweisung.

CFO-Fehler: In IEEE 802.11ax ist vorgeschrieben, dass eine STA den Trägerfrequenzoffset-Fehler (CFO) vorkompensieren muss, um Differenzträgerstörungen zwischen verschiedenen teilnehmenden STAs zu verhindern. Nach der Kompensation muss der Betrag des CFO-Restfehlers in Bezug auf den Trigger-Rahmen kleiner als 350 Hz sein. Für diesen Test emuliert der Signalgenerator den AP, der die Trigger-Rahmen sendet. Aufgrund des gemeinsamen 10-MHz-Referenzsignals gibt es nahezu keinen Frequenzfehler zwischen dem Signalgenerator und dem Spektrumanalysator. Der Spektrumanalysator kann daher den Rest-CFO der STA in Bezug auf den Trigger-Rahmen exakt messen.

Abbildung 1: Timing-Genauigkeit

Timing-Genauigkeit

Eine STA, die an der HE-TB-PPDU-Übertragung teilnimmt, muss nach einem spezifizierten Zeitintervall SIFS nach Ende des Trigger-Rahmens mit der Übertragung beginnen. Die STA muss einer Timing-Genauigkeit von ±0,4 μs für den SIFS genügen, d. h. die Übertragung muss innerhalb einer Zeitdauer von SIFS ± 0,4 μs nach Ende des Trigger-Rahmens starten (siehe Abbildung 1).

Für diesen Test sendet der Signalgenerator nochmals einen Trigger-Rahmen. Der Signalgenerator sendet das Trigger-Signal, das das Ende des Trigger-Rahmens markiert, auch an den Spektrumanalysator. Der Spektrumanalysator kann daher die vergangene Zeit zwischen dem Trigger-Rahmen und dem Beginn der HE-TB-PPDU-Übertragung exakt messen. Die gemessene Zeit abzüglich des spezifizierten SIFS (d. h. 10 μs im 2,4-GHz-Band und 16 μs im 5-GHz-Band) ergibt den Timing-Fehler der STA.

Abbildung 2: Unused Tone Error

Unused Tone Error

Um nicht andere Stationen zu stören, müssen die unerwünschten Aussendungen der STA innerhalb des Kanals unterhalb spezifizierter Grenzwerte liegen (siehe Abbildung 2).

Für diesen Test bietet der R&S®FSW automatisierte Messungen für den Unused Tone Error einschließlich einer automatischen Berechnung der Grenzwertlinie. Dies ist sehr komfortabel, da die Grenzwerte vom Modulationsverfahren sowie von der RU-Größe der getesteten Station abhängen. Wieder wird ein Trigger-Rahmen vom Signalgenerator benötigt, um die Übertragung anzustoßen.

Abbildung 3: Messaufbau für Tests der HE-TB-PPDU-Übertragungsanforderungen

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