2008年底，IEEE 802標準組織成立了一個新的小組，旨在創(chuàng)建一個新標準來改善802.11-2007標準。這一新標準就是今天我們所了解的802.11ac （5G Wi-Fi）無線標準，包括提高現(xiàn)有無線局域網(wǎng)（WLAN）數(shù)據(jù)吞吐量的標準結(jié)構(gòu)，使無線網(wǎng)絡可以提供有線網(wǎng)絡的性能。

從一開始，802.11ac無線標準制定小組在技術定義方面進行了取得了重大進展：在2011年一月，技術規(guī)格框架寫進草案，接下來進行后續(xù)修訂，現(xiàn)在可用版本是D1.1.預期2012年底，草案會全部完成，最終獲批通過應在2013年底（參見圖1）。

圖1： 802.11ac歷史和未來修訂的日期

雖然最終審批還沒有定下，但據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟市場營銷總監(jiān)Kelly Davis-Felner透露，目前已有博通等為數(shù)不多的公司推出802.11ac芯片。因為即使到2013年底802.11ac標準仍未正式公布，現(xiàn)有草案內(nèi)容可用來確定所需硅芯片的規(guī)格，芯片廠商們可以開發(fā)和銷售他們的802.11ac產(chǎn)品。相關調(diào)查機構(gòu)稱：2015年全球?qū)?02.11ac ic的需求預計超過10億顆。

這么高的預期由多重優(yōu)勢構(gòu)成。首先，不僅因為802.11ac是第一個承諾將無線數(shù)據(jù)傳輸率提升到超過1Gbps的標準，而且還包含很多先進特性來改善用戶體驗。就像LTE Advanced那樣，802.11ac使用更多的多流空間傳輸技術，采用8x8（MIMO）多輸入輸出，提供更寬的數(shù)據(jù)傳輸信道帶寬（達到80MHz），甚至還可以使用信道聚合技術，將數(shù)據(jù)信道總帶寬提升至160MHz。此外，802.11ac獲得成功的關鍵在于他是一個漸進的技術：實現(xiàn)其目標，超越了幾個重要的典范，并建立在現(xiàn)有的802.11n基礎之上。這是巨大的優(yōu)勢，因為對那些將要使用802.11ac的廠商和消費者來說，802.11ac能夠相對容易地從現(xiàn)有無線網(wǎng)絡和應用（使用802.11n或者更早期無線協(xié)議過渡。

802.11ac實現(xiàn)超高吞吐量（VHT）這一目標是建立在現(xiàn)存802.11n技術基礎上的。這樣一來，802.11ac將延續(xù)無線標準向更高的數(shù)據(jù)傳輸率發(fā)展這一趨勢（圖2），滿足無線網(wǎng)絡容量日益增長的應用需求，802.11ac可與現(xiàn)有有線網(wǎng)絡媲美。

圖2： 802.11ac延續(xù)WiFi技術向高數(shù)據(jù)傳輸率方向發(fā)展的趨勢

關鍵特性

802.11ac具備的幾個性和獨特機制，提高數(shù)據(jù)吞吐量，改善用戶體驗等等。這項新技術的主要特點是：

5 GHz 頻帶

與工作在2.4GHz和5GHz頻段不同，802.11ac僅在5GHz頻段工作。802.11ac更寬的信道帶寬需求是其限制在5GHz頻段的主要驅(qū)動因素。由于帶寬的增加，信道規(guī)劃成為新挑戰(zhàn)，尤其是在擁堵且零散的2.4GHz頻段，這是802.11ac選擇5GHz頻段的另一個因素。即便在相對廣闊的5GHz頻段，制造商仍需為設備提供自動跳頻功能，以便合理利用現(xiàn)有資源并節(jié)省頻譜。

寬信道帶寬

802.11ac包含強制或可選帶寬來增強信道帶寬，規(guī)格超過802.11n。

除了今天大多數(shù)802.11n設備所支持的20MHz和40MHz信道帶寬，802.11ac草案規(guī)格包含了強制性的，連續(xù)80MHz信道帶寬。這一更寬信道帶寬的優(yōu)勢在于，相比802.11n最大40MHz的信道帶寬，80MHz信道帶寬讓物理層（PHY）傳輸速率提高一倍，而增加的成本對芯片制造商來說可以忽略不計。連續(xù)80MHz帶寬模式下，不僅數(shù)據(jù)傳輸率/吞吐量更高，而且系統(tǒng)效率也隨之增加，這樣很多802.11n規(guī)格不支持的新應用隨之成為可能。

此外，802.11ac規(guī)范包括一個可選的160MHz信道帶寬功能，它可以是連續(xù)的也可以是不連續(xù)的（80+80MHz）。在不連續(xù)的情況下，頻譜由兩部分組成；每個部分使用任意兩個802.11ac 80MHz信道，頻率彼此不相鄰。與40/80MHz傳輸相比，降低復雜度的需求（比如MIMO順序，MCS等）是160MHz的物理層（PHY）傳輸?shù)膬?yōu)勢，并讓設備達到Gbps級別的無線傳輸吞吐量，同時開啟更多新應用的大門。然而，5GHz頻帶，160MHz信道帶寬并非全球可用，要支持此功能的成本可能會較高。因此，這一功能在802.11ac設備中屬于可選項。

新的調(diào)制和編碼方案（MCS）

802.11ac使用802.11n的OFDM（正交頻分復用）調(diào)制，交錯和編碼架構(gòu)。具體來說，802.11ac和802.11n都需要設備支持BPSK，QPSK，16QAM（正交振幅調(diào)制）和64QAM。但是，802.11ac有兩處關鍵不同。

首先，802.11ac包括星座映射增強。具體來說，可選256QAM（3/4和5/6編碼率）為802.11ac提供80MHz和160MHz的數(shù)據(jù)傳輸信道。256QAM的好處是相比64QAM多33%的吞吐量。隨之而來的是，有損信號環(huán)境下，位錯誤容錯能力下降的花費。256QAM調(diào)制是增加的可選模式，而非強制模式。

向下兼容

802.11ac提供與802.11a和802.11n的設備在5 GHz頻帶運作的向后兼容性。這意味著：

? 802.11ac支持802.11a和802.11n的技術，設備互通

? 802.11ac框架結(jié)構(gòu)，可容納802.11a和802.11n設備傳輸

相較802.11 ad允許超過801.11n的數(shù)據(jù)傳輸率，但不能與現(xiàn)有的WLAN裝置一起操作，802.11ac的向下兼容性讓其成為一項革命性的技術。向下兼容性將可緩和與市場的調(diào)適過程，確保802.11ac裝置可用于現(xiàn)有WLAN網(wǎng)絡。

共存

802.11ac工作組的一項重要工作就是，設計一個與現(xiàn)有5GHz頻段的802.11a和802.11n共存的機制。這些直至的例子有空閑信道評估（CCA），信道接入公平性，以及信道掃描和選擇機制。共存機制也正在定義，以確保802.11ac與不同信道帶寬（20/40/80，直到160MHz）的互操作性。

多空間流

相比802.11n的4條空間流，802.11ac包括支持多達8條空間流。如在802.11n，在相同頻率上的多重數(shù)據(jù)流的空間多任務利用由獨立空間路徑所提供的額外自由度，以有效倍增信道容量。當數(shù)據(jù)流經(jīng)過信道時，數(shù)據(jù)流會組合，而接收器的任務就是分開及譯碼這些數(shù)據(jù)流。盡管此技術復雜，但是802.11n制造商已學到使用在多天線之間的獨立路徑以增大效益，且現(xiàn)可有效轉(zhuǎn)移此知識到802.11ac裝置的制造。預期第1個802.11ac芯片將采用多重空間流技術。

波束成形和多用戶多輸入輸出（MIMO）

根據(jù)802.11n的經(jīng)驗，Wi-Fi裝置的制造商學會如何使用傳送波束成形，即有能力在特定方向集中射頻（RF）能量，以改善到個別站臺的傳輸。802.11ac建立這項知識上，并包括提升諸如單一聲測（single sounding）與反饋格式（相較于802.11n的多重聲測與反饋格式）。

更重要的在于，802.11ac工作組已建立在802.11n新機制的波束成型能力，允許存取點（Access Point；AP）利用相同信道、多個天線、與空間多任務，同時在不同方向與多個用戶通訊。例如，1個具有8根天線的存取點可使用4x 4 MIMO對2個實體分開的站臺通訊。相較下，MIMO裝置現(xiàn)階段只考慮點對點存取連接每個單獨終端的多重天線；因此，存取點必須時間多任務以服務多位用戶。

這一組先進機制采用多使用者MIMO（MU-MIMO）的名稱，是為目前在802.11ac工作組的計劃中最想要提升的功能之一，以提高最新802.11標準的效率（每兆赫頻譜的兆位傳輸數(shù)，以Mbps/MHz為單位）。

采用類推方式，即MU-MIMO通過以太網(wǎng)絡交換基礎，以減少競爭：延伸傳送波束成形技術，以使存取點將具有專屬帶寬的“交換”Wi-Fi提供給站臺；這一方式類似現(xiàn)階段典型有線以太網(wǎng)絡運作的方法。

雖然MU-MIMO承諾的效益有許多且吸引人，但正確使用技術需要芯片組設計者與業(yè)者開發(fā)對用戶的空間感知與完善的隊列系統(tǒng)，當條件符合時，即可利用機會傳輸給多位用戶。換句話說，增加系統(tǒng)能力會帶來更昂貴信號處理成本與增加復雜度。因此，MU-MIMO（一傳輸裝置，多接收裝置）只包含在802.11ac草案規(guī)格中，作為可選模式。

能源效率

很少有人知道的關于能源效率的問題，802.11標準中描述比特/毫焦耳的內(nèi)容，在首次技術修訂時就被加入并獲得通過。具體來說，802.11ac承諾能源效率是802.11n的兩倍，參見圖3。這種改善是來自每次修正案提升的幾項增加數(shù)據(jù)傳輸率的參數(shù)，而其他影響功耗的參數(shù)不變（RF頻率、功耗以及帶寬）。

雖然趨勢鮮為人知，提高能源利用效率肯定有諸多好處，因為越來越多的便攜設備集成了WIFI，這些應用必須使用小容量電池和有限的功耗來支持無線通信鏈路。

市場預測

支持802.11n的無線設備的數(shù)量，在過去幾年里一直穩(wěn)步增長，未來這種增長預計將持續(xù)。不只有傳統(tǒng)使用以前修訂網(wǎng)卡（802.11a/b/g）設備采用新技術，而且無線還正在進入越來越多的設備，以前沒有這種能力。

到2015年搭載802.11芯片這些設備出貨量將達到2.2億，同時支撐現(xiàn)有的無線設備市場的增長及越來越多新設備的無線普及率。

802.11ac的實施，必將在這一增長中發(fā)揮重要作用，在當前的設備都更換802.11n和開放新的應用大門-在過去幾年802.11n同樣做了這些。第一個802.11ac芯片預計在2012年第一季度出貨，在同年第三季度最終用戶的產(chǎn)品能在市場上出現(xiàn)。然而，802.11ac真正的影響，可能會被認為在2014年及以后。在2015年，802.11ac設備齊全的移動設備出貨量預計將接近1億美元（圖4），在這一年占了整個無線局域網(wǎng)近一半市場。

圖4:802.11ac產(chǎn)品全球出貨量預估

802.11ac限制在5GHz射頻頻段這一選擇源于對信道帶寬的需求，而對信道帶寬的需求，在擁塞的2.4GHz頻段是非常大的挑戰(zhàn)。即便在5GHz頻段，80Mhz和160MHz信道帶寬的可用性也是十分有限的，特別是在一些國家和地區(qū)。

受地理位置影響，目前802.11ac頻譜的可用度分布。802.11ac頻譜在美國可用度最高，擁有5個80MHz信道和兩個160MHz信道。歐洲和日本緊隨其后，僅缺乏頻率最高的80MHz信道。印度，可用頻譜資源幾乎減少一半，而在中國，只有一個80MHz信道可用。

測試802.11ac

毫不奇怪，對制造商和設計人員來說，最重要的變化在于802.11ac在幾個重要的方向上比802.11n更具挑戰(zhàn)性。他們不僅需要工作8個空間流，更寬的帶寬，更多的設計影響，但也面臨著重大的測試挑戰(zhàn)。具體來說，他們要求測試系統(tǒng)具有足夠的靈活性并緊隨與802.11標準的最新發(fā)展。作為最低要求，他們選擇的任何測試設備都要符合以下幾點需要：

? 寬VSA/VSG的IF帶寬

? 完全的802.11ac MIMO增強

? 改進調(diào)制精度的802.11ac發(fā)射機調(diào)制測試

802.11ac將超越現(xiàn)今在生產(chǎn)在線每臺WLAN測試儀器的能力。至少，在選擇量測802.11ac新裝置的任何測試設備需要：比以往更寬的VSA/VSG IF帶寬，至少80 MHz實時帶寬；完全支持802.11ac MIMO強化；改善802.11ac發(fā)射器調(diào)變測試的調(diào)變精準度。由于帶寬增加，802.11ac顯示出測試上的重要新挑戰(zhàn)。802.11ac不再使用大部分（如果不是全部）結(jié)合向量信號分析器與向量信號產(chǎn)生器于一機（VSA/VSG）的可用測試儀器，因為它們并沒有測試新技術80 MHz或160 MHz通道所需的120 MHz或240 MHz IF帶寬。在現(xiàn)階段選擇802.11測試的設備上，裝置制造者應該確保能夠進行802.11ac測試。

不僅處理802.11ac帶寬的挑戰(zhàn)，也驅(qū)動MIMO的測試需求。正確的MIMO測試需要獨立抓取及產(chǎn)生802.11ac裝置的信號，此會使用高達8個空間流及一些其他強化，以改善現(xiàn)有802.11n MIMO系統(tǒng)的效能。為了準確驗證MIMO效能，尤其是在研發(fā)環(huán)境，802.11ac能力測試設備應支持達8個獨立VSA與VSG資源、以及包括支持新的802.11ac MIMO強化。

隨著802.11ac發(fā)射器調(diào)變準確性（相關星狀RMS誤差）要求的提升，同時測試儀器也需要提升其測試能力的要求。發(fā)射器調(diào)變準確性是利用誤差向量振幅（EVM）來測量，且需要VSA與測試儀器將忽略的（理想上為零）失真加到捕捉的信號。VSA所加的失真也會以EVM方式進行測量，典型上，芯片組業(yè)者想要測試儀器的性能比芯片規(guī)格至少好10 dB以上。

結(jié)束語

802.11ac代表了無線通信系統(tǒng)的重要演進。像802.11n那樣，802.11ac設備，使用OFDM調(diào)制法則，但使用更寬的信道帶寬，更高的調(diào)制，更多流，增強MIMO技術，以提高數(shù)據(jù)吞吐量，這些技術讓數(shù)據(jù)傳輸速度更快，一些新的應用成為可能。802.11ac設備的設計者和制造商需要充分理解這項新技術，不僅確保創(chuàng)造出自己的產(chǎn)品，而且要確保他們的測試設備，能夠準確地測試這些性能不斷提高的產(chǎn)品。令人欣喜的是無線測試解決方案供應商萊特波特（LitePoint） 面向支持802.11ac 標準的高吞吐量無線設備已推出業(yè)界首個生產(chǎn)測試解決方案IQxel（TM），它是一種易于部署的單機箱測試解決方案，可快速地測試802.11 a/b/g/n/p/ac 以及藍牙1.0、2.1、3.0和4.0設備。LitePoint在2012年無線通信測試技術中國區(qū)秋季研討會深圳站上展示了他們的一體化單機臺測試解決方案，旨在幫助電子設備設計、測試工程師現(xiàn)場了解及體驗LitePoint最新創(chuàng)新之作，完整涵蓋了測試智能手機（包括LTE）、平板電腦以及其它多天線通訊設備和無線連接裝置等最新無線測試科技。包括802.11ac測試解決方案。