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3-2012

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HF-Praxis 3-2012

WLAN tionen –

WLAN tionen – Bandbreite, Anzahl der Streams, Schutzintervall, MCS- Codierung und Beamforming. Die restlichen Felder in der Präambel sind nur für VHT-Geräte vorgesehen. VHT-STF soll die automatische Verstärkungssteuerung (Automatic Gain Control Estimation) in MIMO-Systemen verbessern. Die darauf folgenden Long Training-Sequenzen bieten dem Empfänger Hilfen zur Einschätzung des MIMO-Kanals zwischen den Sende- und Empfangsantennen. Abhängig von der Gesamtzahl der Raum-Zeit- Streams können 1, 2, 4, 6 oder 8 VHT-LTFs vorhanden sein. Die Mapping-Matrix für 1, 2 oder 4 VHT-LTFs entspricht der von 802.11n, für 6 oder 8 VHT-LTFs wurden neue hinzugefügt. Das VHT-SIG-B-Feld beschreibt die Länge der Daten und das Modulations- und Codier-Schema (MCS) für Ein- oder Mehr-Nutzer-Betriebsarten. Leistungsmerkmal vorgeschrieben optional Kanalbandbreite 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz 160 MHz, 80+80 MHz FFT-Größe 64, 128, 256 512 Daten-Subacarrier / Pilots 52 / 4, 108 / 6, 234 / 8 468 / 16 Modulationsarten BPSK, QPSK, 16QAM, 256QAM 64QAM Unterstützte MCS 0 bis 7 8 und 9 Räumliche Streams und MIMO Betriebsmodus/PPDU-Format Tabelle 3: Schlüsselspezifikationen von IEEE 802.11ac 1 2 bis 8 Tx-Beamforming, STBC Multi-User MIMO (MU-MIMO) VHT – Very High Throughput MIMO rekapituliert In den älteren WLAN-Standards gibt es nur einen Datenstrom zwischen dem Zugangspunkt und einem Endgerät. Die MIMO- Übertragung wurde erstmals mit 802.11n eingeführt. Damit wurde die Kommunikation zwischen Zugangspunkt und Endgeräten über zwei oder mehr vollständig voneinander getrennte Sende-/ Empfangs-Kanäle unter Nutzen des Übersprechens zwischen ihnen umgesetzt. Hauptziel war die Erhöhung der Datenrate, die ein einzelner Nutzer von seiner drahtlosen Verbindung erwarten konnte. In den Spezifikationen werden die Ausdrücke „Eingang“ und „Ausgang“ auf das Medium zwischen den Sendern und den Bild 3: Vergleich der Rahmenformate von 802.11n und 802.11ac Empfängern, den sogenannten „Kanal“, angewandt und schließen beider HF-Komponenten mit ein. So beaufschlagt eine Basisstation mit zwei Sendern den Kanal mit zwei Eingängen („MI“), während ein mobiles Endgerät mit zwei Empfangsketten dem Kanal zwei Ausgänge entnimmt („MO“). Das gilt jedoch nur, wenn die gesendeten und empfangenen Daten voneinander unabhängig und nicht nur eine Kopie derselben Daten sind. Echtes „Multiple Input Multiple Output“ mit zwei Sendern und zwei Empfängern mit jeweils unterschiedlichem Dateninhalt, wird auch Raummultiplex genannt. Jeder Empfänger sieht den Ausgang des Kanals als Kombination der Ausgänge der Sender. Die Empfänger führen Kanalbewertungsverfahren und Matrizenrechnungen durch, um die beiden Datenströme voneinander zu trennen und zu demodulieren. Unter idealen Umständen würde sich die Datenkapazität gegenüber SISO verdoppeln, allerdings sind die Anforderungen an das Signal-Rausch- Verhältnis deutlich höher. Typische Konsumgeräte gemäß 802.11n bieten meist nur zwei oder drei räumliche Streams anstelle der im Standard spezifizierten vier. 802.11ac erweitert dies auf ein Maximum von acht Streams, wobei die ersten Imple- Bild 4: MIMO- Konfigurationen Bild 5: VSA 89600 mit der Modulationsanalyse-Option BHJ 802.11ac unterstützt alle Bandbreiten und Modulationsarten bis zu 4x4-MIMO 20 hf-praxis 3/2012

WLAN Sendertests Sendespektrumsmaske Spektralverteilung (Spectral Flatness) Sendermittenfrequenztoleranz Paketaufbau (Packet Alignment) Zeichentaktfrequenzabweichung (Symbol Clock Frequency Tolerance) Modulationsgenauigkeit - Sendermittenfrequenz-Weglauf (Transmit Center Frequency Leakage) - Senderkonstellationsfehler (Transmitter Constellation Error – EVM) Tabelle 4: Sender- und Empfängertests mentierungen voraussichtlich bis zu vier unterstützen werden. Neu bei 802.11ac ist das Konzept Multi-User MIMO (MU- MIMO). Im Gegensatz zum “normalen”, also Einbenutzer- MIMO, das den Datendurchsatz zu einem einzelnen Gerät verbessert, soll MU-MIMO die Nutzung von Systemressourcen optimieren und die Effizienz verbessern. Testanforderungen Die großen Fertigungslose von WLAN-Geräten erzwingen eine strikte Fokussierung auf die Produktionskosten und erfordern innovative Ansätze zur Maximierung der Wiederholbarkeit sowie zur Minimierung der Kosten im Produktionstest. Das führt zu umfangreichen Tests bereits in den Entwurfs- und Prototypen-Phasen der Geräteentwicklung. Empfängertests Minimale Eingangspegelempfindlichkeit Nachbarkanalunterdrückung Unterdrückung entfernter Kanäle Maximaler Empfängereingangspegel CCA-(Clear Channel Assessment-) Empfindlichkeit Herausforderungen für Entwicklung und Test Einige der neuen Leistungsmerkmale von 802.11ac stellen Entwicklung und Test vor neue Herausforderungen. Eine davon ist der Einsatz der 256QAM-Modulation, die exzellente Werte für Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude – EVM) bzw. Konstellationsfehler in Sender und Empfänger voraussetzt. Gründe für schlechte EVM-Werte lassen sich mit Hilfe der Vektor-Signalanalyse herausfinden. Werkzeuge wie die VSA-Software 89600 von Agilent Technologies ermöglichen eine detaillierte Analyse von 802.11ac-Signalen. Eine andere große Herausforderung ist die digitale Vorverzerrung zur Verbesserung der Linearität von Leistungsverstärkern. Sie erfordert üblicherweise das Erzeugen und Messen von Signalen, welche die dreibis fünffache Bandbreite des zu linearisierenden Verstärkers aufweisen. Die SystemVue-Software von Agilent Technologies bietet eine Applikation, die den Entwurf der Vorverzerrungsfunktionalität automatisiert. Sie erzeugt eine Stimulus-Wellenform, die in einen HF-Signalgenerator geladen und an den Leistungsverstärker angelegt wird. Die Antwort des Verstärkers wird von einem Signalanalysator erfasst und mit dem erwünschten Signal zur Erzeugung der Vorverzerrungsmatrix verglichen. Anschließend wird das vorverzerrte Signal an den Verstärker gelegt und die Antwort überprüft. Bild 6 zeigt einen entsprechenden Messaufbau. Die anhaltende Nachfrage nach höherer Geschwindigkeit und größerer Bandbreite von Wireless LAN-Verbindungen und die steigende Komplexität der sie unterstützenden Standards stellen die Mess- und Prüftechnik vor enorme Herausforderungen. Umfassende Design- und Testexpertise ist die Voraussetzung für die erfolgreiche Einführung von VHT-WLAN-Produkten in den Massenmarkt. Werkzeuge zur Systemsimulation sowie zur Erzeugung und Analyse der breitbandigeren 80- und 160-MHz-Signale entsprechend IEEE 802.11ac sind der Schlüssel für den Test von Systemkomponenten, Sendern und Empfängern. Vorausschauende und produktionsgerechte Entwicklung hilft die Testkosten zu senken und stellt sicher, dass Endgeräte und Zugangspunkte den Preis- und Leistungserwartungen des Konsumgütermarktes entsprechen. ◄ Die Standard-Tests für Sender und Empfänger gemäß 802.11ac entsprechen denen nach 802.11n, die zusätzlichen Leistungsmerkmale werden von neuen Definitionen und Spezifikationen abgedeckt (Tabelle 4). Die jeweils aktuelle Version von 802.11ac steht zur Verfügung unter www. ieee802.org und kann nach Anmeldung heruntergeladen werden. Zusätzlich zu diesen Tests sind Konformitäts- und weitere Funktionstest zur Verifizierung des Designs und zum Nachweis der Interoperabilität erforderlich. Bild 6: Messaufbau zur Einstellung der digitalen Vorverzerrung hf-praxis 3/2012 21

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