Wi-Fi 6射頻技術(shù)全面解析(1)
更新時(shí)間:2021-04-15 09:15:33點(diǎn)擊次數(shù):2995次
PCB抄板,即在已經(jīng)有電子產(chǎn)品實(shí)物和電路板實(shí)物的前提下,利用反向研發(fā)技術(shù)手段對電路板進(jìn)行逆向解析,將原有產(chǎn)品的PCB文件、物料清單(BOM)文件、原理圖文件等技術(shù)文件以及PCB絲印生產(chǎn)文件進(jìn)行1:1的還原,然后再利用這些技術(shù)文件和生產(chǎn)文件進(jìn)行PCB制板、元器件焊接、飛針測試、電路板調(diào)試,完成原電路板樣板的完整復(fù)制。本文介紹了PCB抄板行業(yè)未來將涉及到的技術(shù)Wi-Fi 6射頻技術(shù)。
1. 802.11ax關(guān)鍵技術(shù)簡介
802.11ax協(xié)議(也稱Wi-Fi 6,Wi-Fi 5指802.11ac)是為了滿足高密度場景下用戶速率和體驗(yàn)需求而提出的。類似于3GPP 5G NR中的eMBB應(yīng)用場景,其目的是提升高密集場景的用戶速率,從而獲得更好的用戶峰值數(shù)據(jù)體驗(yàn)。2013年3月TG(Task Group)工作組成立,2014年開始研究802.11ax標(biāo)準(zhǔn),2016年提出802.11ax的初始草案,并于2019年正式發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)。
表1. 802.11ax的物理層參數(shù)相對于前兩代技術(shù)的主要不同點(diǎn)
|
IEEE802.11n |
IEEE802.11ac |
IEEE802.11ax |
信道帶寬(MHz) |
20,40 |
20,40,80,80+80,160 |
20,40,80,80+80,160 |
子載波間隔(kHz) |
312.5 |
312.5 |
78.125 |
符號時(shí)間(μs) |
3.2 |
3.2 |
12.8 |
循環(huán)前綴長度(us) |
0.8 |
0.8,0.4 |
0.8,1.6,3.2 |
MU-MIMO |
無 |
下行 |
上、下行 |
調(diào)制方式 |
OFDM |
OFDM |
OFDM,OFDMA |
用戶數(shù)據(jù)調(diào)制方式 |
BPSK,QPSK, |
BPSK,QPSK,16QAM, |
BPSK,QPSK,16QAM, |
信道編碼 |
BCC(必選), |
BCC(必選), |
BCC(必選), |
相對于前幾代的技術(shù),802.11ax的新增功能特點(diǎn)主要有如下:
(1). 擴(kuò)展了信號的覆蓋范圍。由于802.11ax標(biāo)準(zhǔn)每符號持續(xù)時(shí)間從原來的3.2us提升到12.8us,更長的發(fā)送時(shí)間可降低終端丟包率和抗多徑衰落;此外802.11ax最小可僅使用2MHz頻寬進(jìn)行窄帶傳輸,有效降低頻段噪聲干擾,提升了終端接受靈敏度,增加了覆蓋距離。
(2). 調(diào)制方式增加1024QAM,提出MCS10和MCS11這兩種高階編碼組合,單流空口吞吐量提升。802.11ac采用的256QAM,每個(gè)符號傳輸8bit數(shù)據(jù)(28=256)。802.11ax采用1024QAM,每個(gè)符號位傳輸10bit數(shù)據(jù)(210=1024)。從8到10的提升是25%,也就是相對于802.11ac來說,802.11ax的單條空間流數(shù)據(jù)吞吐量又提高了25%。空口吞吐量=1/(符號+保護(hù))時(shí)間×編碼效率×調(diào)制階數(shù)×有效子載波數(shù)量=1/(12.8us+0.8us)×5/6×10×980≈600Mbit/s
(3). 最大空間流數(shù)量8,同時(shí)引入上行MU-MIMO。相比于802.11ac協(xié)議,上行不一定再需要獨(dú)立對單個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸,上下行都可以使用MU-MIMO模式。
(4). 效仿3GPP LTE,11ax引入了OFDMA多址技術(shù),將最小的子信道稱為“資源單位(Resource Unit,簡稱RU)”。不同的用戶使用不同的RU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,從總的時(shí)頻資源上來看,每一個(gè)時(shí)間片上,有多個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送,信道的利用率得到了提高。
(5). 802.11協(xié)議是采用載波偵聽沖突檢測(CSMA/CA)作為MAC層的協(xié)議,這表示在同一個(gè)時(shí)間只有一個(gè)無線電設(shè)備可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。如果一個(gè)802.11終端檢測到另外一個(gè)802.11終端的傳輸信號(即PHY層的Header),其會推遲傳輸。
類似于WCDMA中區(qū)分基站的擾碼,802.11ax中引入了一種新的同頻傳輸識別機(jī)制,叫BSS Coloring著色機(jī)制,在PHY報(bào)文頭中添加BSS color字段對來自不同BSS的數(shù)據(jù)進(jìn)行“染色”,為每個(gè)通道分配一種顏色,該顏色標(biāo)識一組不互相干擾的基本服務(wù)集(BSS),接收端可以及早識別同頻傳輸干擾信號并停止接收,避免浪費(fèi)收發(fā)機(jī)時(shí)間。如果顏色相同,則認(rèn)為是同一BSS內(nèi)的干擾信號,發(fā)送將推遲;如果顏色不同,則認(rèn)為兩者之間無干擾,兩個(gè)Wi-Fi6設(shè)備可同信道同頻并行傳輸。以這種方式設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò),那些具有相同顏色的信道彼此相距很遠(yuǎn),它們之間也不太可能會相互干擾。
(6). 協(xié)議兼容性:802.11ax要求與以往的802.11a/b/h/n/ac都進(jìn)行兼容。802.11ax協(xié)議向前兼容802.11n和802.11a,因此其幀格式里面,除了數(shù)據(jù)之外的前導(dǎo),包含兼容802.11n的常規(guī)前導(dǎo)和11ax的高效前導(dǎo)。常規(guī)前導(dǎo)包含L-STF(短訓(xùn)練字段)、L-LTF(長訓(xùn)練字段)和L-sig字:
1) L-STF主要用于數(shù)據(jù)同步;
2) L-LTF主要用于粗頻偏估計(jì);
3) L-sig里面則包含一些用戶和幀的數(shù)據(jù)。L-sig一個(gè)很重要的作用就是區(qū)分常規(guī)幀和802.11ax幀,L-sig重復(fù)則表示802.11ax幀,反之則是常規(guī)幀,它還有一個(gè)重要的作用就是告訴基站發(fā)射機(jī)的編碼方式和幀長。
2. 802.11ax時(shí)域幀格式
802.11ax根據(jù)不同的用途,時(shí)域可以分為4種幀格式。這四種HE PPDU(Presentation Protocol Data Unit,表示協(xié)議數(shù)據(jù)單元)包括HE SU-PPDU(單用戶)、HE MU-PPDU(多用戶)、HE Extended Range SU-PPDU(擴(kuò)展的單用戶協(xié)議)以及基于Trigger的HE PPDU。高效的前導(dǎo)則包含HE-SIG-A、HE-SIG-B(可選)、HE-STF和HE-LTF。其中HE-LTF主要是用來做信道估計(jì)和MIMO檢測。
單用戶的HE PPDU幀格式定義如圖4所示,與擴(kuò)展的HE Extended Range SU-PPDU不同的是該格式的HE-SIG-A不會重復(fù)。
多用戶的HE PPDU幀格式定義如圖5所示,該P(yáng)PDU格式不是Trigger幀的響應(yīng),而且還應(yīng)該包括一個(gè)HE-SIG-B字段。
HE Extended Range SU-PPDU幀格式如圖6所示,作為HE SU-PPDU的擴(kuò)展版本,它的HE-SIG-A長度變成了以前的兩倍為16us,實(shí)際上是對HE-SIG-A做了重復(fù)。
基于Trigger的HE PPDU幀格式如圖7所示,這種格式主要作為Trigger幀的相應(yīng),與HE SU-PPDU不同的是它的HE-STF的持續(xù)時(shí)間變成了8us而非4us。
總結(jié)各字段具體的功能見表2。
表2 幀格式各字段含義和功能
字段名 |
含義 |
功能 |
L-STF |
Legacy部分短訓(xùn)練序列 |
接收機(jī)數(shù)據(jù)同步和粗頻偏估計(jì) |
L-LTF |
Legacy部分長訓(xùn)練序列 |
細(xì)頻偏估計(jì)和前導(dǎo)的信道估計(jì) |
L-SIG |
Legacy部分信令字段 |
承載編碼速率和長度信息 |
RL-SIG |
Legacy部分信令重復(fù)字段 |
區(qū)分是否是802.11ax幀 |
HE-SIG-A |
HE部分信令A(yù)字段 |
承載用來說明PPDU的信息 |
HE-SIG-B |
HE部分信令B字段 |
承載多用戶信息 |
HE-STF |
HE部分短訓(xùn)練序列 |
MIMO傳輸中提升自動增益控制估計(jì) |
HE-LTF |
HE部分長訓(xùn)練序列 |
信道估計(jì)和相位跟蹤 |
Data |
承載PSDU的數(shù)據(jù) |
承載用戶數(shù)據(jù)信息 |
PE |
數(shù)據(jù)包擴(kuò)展字段 |
爭取更多的處理時(shí)間 |
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