透視802.11ax：解讀下一代無線網路標準

　　新一代802.11標準——802.11ax，使用2.4GHz或5GHz頻段，更進一步承諾提升連線速度，并且支援OFDM、高達1024QAM以及多用戶的多重輸入多重輸出（MIMO）技術。

　　消費者和企業現在已經離不開無線資料存取。過去30年來，資訊趨向自由流通，帶動整體產業的轉型與成長，不僅有助于促進增加生產力，并且為業界創造了更大的利潤。IEEE 802.11標準規范下的Wi-Fi技術，成為轉型過程中的一大關鍵助力，為使用者提供涵蓋范圍廣、成本低、傳輸速率快的無線連接方式。

　　新一代802.11標準——802.11ax，使用2.4GHz或5GHz頻段，更進一步承諾提升連線速度，并且支援OFDM、高達1024QAM以及多用戶的多重輸入多重輸出（MIMO）技術。

　　深入認識802.11ax

　　為了深入了解802.11ax標準，首先必須回頭檢視802.11ac標準。802.11ac標準支援多達4個空間資料串流;而2016年1月公布的802.11ax草案規格基于802.11ac，并將空間串流的數目增加了一倍，大幅提升了每個空間串流的效率（以及資料吞吐量）。與802.11ac相似，802.11ax也作業于5GHz頻段作，以便為80MHz和160Hz通道提供更廣闊的頻譜空間。

　　802.11ax之所以如此具有吸引力，原因在于它可以顯著提升吞吐量，同時有效改善行動裝置的電源利用率。而且除了改進理論上的系統吞吐量（如各種新技術宣稱的標準規格）之外，即使是在使用者的實際環境中，包括人口稠密的場所、室內與戶外等存在干擾源的環境，也可以達到提升吞吐量的作用。

　　簡單地說，802.11ax承諾消費者可獲得更出色的使用者體驗，并涵蓋所有可能的應用情境。對于互動式高畫質（HD）視訊等新興應用的發展，這無疑是大好消息，因為這些領域通常要求在眾多Wi-Fi使用者密集的嚴苛環境下操作（例如體育館和大眾運輸系統）。

　　為了實現以上的這些目標，802.11ax必須使用一些不同的技術。盡管此標準預計將以OFDM為基礎，但不乏其他技術可供選擇，包括OFDMA、MU-MIMO以及高階調變。OFDM通常用于高資料率系統，藉以對抗通道的不規則性（例如選擇性衰減）。但OFDM技術必須因應802.11ax進行調整，以便使用更窄的次載波間隔（4倍符號長度）與更多的可變循環前置（CP）區間，以因應不同的使用情境，尤其是戶外長通道，在效率和穩定性之間加以取舍變得至關重要。

　　另一項可提高網路性能的候選技術是交疊基本服務集（OBSS）抗干擾處理。OBSS技術具有多種不同的形式，并可能包含波束成形接收的某些變化，隨著接取點（AP）的廣泛部署而越顯重要。這一類部署突顯了頻譜管理、降低相鄰AP干擾的重要性，OBSS技術便是為此而生。前述OFDM、OFDMA、MU-MIMO及高階調變技術，將提升802.11ax的空間重用和頻譜效率，實現提高系統性能的目標。

　　種種挑戰，不容忽視

　　如同所有的新興標準一樣，802.11ax所采用的技術——例如OFDM和抗干擾處理技術，大幅提高了設計復雜度，并為工程師帶來形形色色的全新測試挑戰。其中一部份的挑戰涉及基本量測，如表中所示，而其他的挑戰則來自新的測試要求。例如，802.11ax規格中所定義的發射器測試和關鍵的接收器測試雖然均承襲802.11ac，但也新增了多重使用者（MU）傳輸的測試項目。MU傳輸是802.11ax最重要的新功能之一，藉由提供傳輸準確性和同步STA，來強化有效運作。因此，各種支援MU傳輸的全新測試要求紛紛出籠。

　　表1：即使是基本量測，也會因802.11ax所采用的全新技術而產生許多測試挑戰

　　除了前述的測試要求之外，還有許多亟待克服的設計挑戰。包括： __建立室內/戶外通道模型：__IEEE 802.11ax的目標是在室內和戶外操作時提升每一站的吞吐量。相較于室內通道，戶外通道通常具有較大的延遲擴展和通道時間變化。有鑒于此，業界選用3GPP ITU-R Urban Micro （UMi）及Urban Macro （UMa）通道模型，作為802.11ax戶外空間通道模型的基準。

　　然而，這些模型也需要適當改善，以適用于新的規格。例如ITU-R的通道模型需加以擴大，以支援802.11ax的160MHz頻寬。一旦修改完成，還需要進行建模、重新取樣和內插，以得到所需的系統頻寬。

　　此外，由于路徑損耗是802.11ax面臨的一大問題，建立室內和戶外情境之路徑損耗模型成為當務之急。TGn通道B與D模型已廣泛用于室內情境，藉以模擬墻壁和地板的訊號穿透能力，而戶外情境則將在UMi路徑損耗模型的基礎上發展。

　　窄頻干擾：窄頻干擾是802.11ax必須考量的問題之一，這主要是因為內部傳輸訊號，或是來自其他裝置產生的訊號/諧波，落入802.11ax系統相同頻段所引發的問題。業界正運用許多新技術來處理接收器，以減輕這種干擾所帶來的負面影響，例如經過快速傅立葉轉換（FFT）、陷波濾波處理而產生CP/ZP-OFDM之后，可搭配使用音調消除技術。雙次載波調變（DCM）原本是用于BPSK、QPSK和16QAM調變的可選調變方式，現在也成了另一種可行的技術方案。確保802.11ax量測解決方案全面支援這些技術相當重要。

　　執行更高階的調變：802.11ax的主要目標是為用戶端的無線網路速度提升4倍達到10Gbps，其方式是采用新的調變及編碼方式（MCS）指數級10和11，以及搭配1024QAM調變機制。使用更高階的調變，系統將會變得對內部和外部衰減更加敏感，因此需要更高的SNR，以維持可接受的BER/FER級。如果系統的SNR高于35dB，將會很難利用經濟實惠的硬體來處理，因為它超過了典型收發器的雜訊指數、減損和損失，尤其是在RF電路和ADC/DAC中。因此，唯有具備準確模擬能力，才能掌握真正的非理想硬體的訊號解調方式，以及隨之而來的BER/FER效應。

　　MIMO檢測技術：在接收器方面，采用1024QAM的MIMO系統主要面臨的技術瓶頸，在于現有MIMO檢測技術的擴展性。目前在MIMO系統中有許多主流檢測器，例如，歸零（ZF）、最小均方誤差（MMSE），以及極其復雜的最大相似度（ML）檢測器。同時還有許多次優選擇的檢測器，可協助進行復雜度/系統效能的取舍。然而，隨著802.11ax的問世，建立模型并測試全新檢測演算法的模擬成果，變成當前的首要任務。