深度解析11n的调制质量和接收机的指标

接上篇，今天继续学习11n的调制质量和接收机的指标。其中调制质量又分为发射中心频率泄漏和发射机星座误差。接收机的指标包含接收机最小灵敏度、邻信道抑制比、非邻信道抑制比、最大输入电平、RCPI测量、RIFS和CCA。

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Transmit center frequency leakage

这个测试项在仪表中经常出现的是IQ offset或者IQ original offset，我们已经在之前详细讲解过他们的基本原理和产生的原因，可以通过关键字查询搜索往期内容来回顾一下：如何使用关键字搜索查看往期内容

具体规定如下，注意是针对每根天线：

对于 20 MHz 信道宽度的发射机中心频率泄漏，应符合17章11a的相关规定：一起来学802.11物理层测试标准（11a的射频要求)。但这里要说明一下，由于之前学习11a使用的是802.11-2016的版本，而在802.11-2020中这一部分有所更新，所以重新写一下：中心频率分量的泄漏不得超过max(P – 15，–20) dBm（在2016版本中此处是-15dBm），或者，相对于其余子载波的平均能量不应超过+2dB。

对于 40 MHz 信道宽度，中心频率泄漏不得超过max(P – 20，–20) dBm，或者，相对于其余子载波的平均能量不应超过0 dB。

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Transmitter constellation error

RCE（relative constellation error）不能超过下表所列的对应数据速率的值。

但有以下条件需要说明：

首先，这个误差是通过对子载波、OFDM 帧和空间流进行RMS计算得出的；RMS的EVM的计算方法如下式所示：

总体来说，跟11a相比，不同在于增加了空间流的平均。其中：

Nf是测量的帧数；

是表示在if帧、OFDM符号is、子载波isc、空间流 iss 的复平面上的理想符号点；

是表示在if帧、OFDM符号is、子载波isc、空间流 iss 的复平面上的实测符号点；

P0是星座平均功率。

其次：测试的空间流数量应等于使用的发射STA天线输出端口数，也应等于使用的测试仪器输入端口数；发射STA的每个输出端口应通过电缆连接到测试仪器的一个输入端口；在测试中，应使用 EQM MCS，不得使用波束成形矩阵；以上对于 20 MHz带宽和 40 MHz 带宽均适用。

【名词解释】：

【MCS（Modulation and coding scheme）是一个决定调制、编码和空间信道数量的值。它是由PPDU中的HT-SIG字段给出。下面的表19-27 至表 19-41列出了20MHz和40MHz带宽下全套 MCS 的速率相关参数。由于11n出现了MIMO，就有了EQM和UEQM的概念：EQM是equal modulation，是指不同空间流采用相同调制。UEQM是unequal modulation，是指不同空间流采用不同的调制。】

MCS=07 和 32： 具有单个空间流；
MCS=8-31：具有多个空间流，所有空间流均采用EQM；
MCS=33-76：具有多个空间流，空间流采用UEQM；
MCS=77-127：reserved。

下面表格中的参数定义如下：

NSS：空间流数量；
NES：数据字段 BCC 编码器数量；
R：编码率；
NBPSC：每个单载波的编码比特数（各空间流的总和）；
NBPSCS(iSS)：iSS = 1,...NSS 时每个空间流的每个单载波的编码比特数；
NSD：每个空间流每个 OFDM 符号的复数据数；
NSP：每个 OFDM 符号的pilot值个数；
NCBPS：每个 OFDM 符号的编码比特数；
NDBPS：每个 OFDM 符号的数据比特数；

 

 

03

 

接收机指标

11n的接收机最小灵敏度（20MHz和40MHz带宽），邻道抑制，以及非邻道抑制的指标如下表所示：

1. 接收机最小灵敏度的测试条件如下：

PSDU 长度为 4096 个八进制字节；

数据包误码率（PER）应小于 10%；

最小输入电平是在天线连接器处测量的，并且是每个接收天线的平均功率；被测空间流的数量应等于已使用的发送 STA 天线输出端口数，也应等于已使用的被测设备输入端口数；发射 STA 的每个输出端口应通过电缆连接到被测设备的一个输入端口；

仅适用于non-STBC 模式、MCS 0-31、800 ns GI 和 BCC。

【名词解释】：

【STBC（Space-time block coding），是一种适用于发射器和接收器使用多天线情况下，可提供完全分集和极低复杂度，提高无线通信系统性能的编解码技术。

GI：guard interval。

BCC：binary convolutional code。】

2. 邻信道抑制的测试条件除了满足以上，还需要：

测试时，将所需信号强度设置为比上表规定的相关灵敏度高 3 dB；

提高干扰信号的功率，直至产生 10%的 PER；

干扰信道和所需信道信号的功率差就是相应的相邻信道抑制dB值，应不小于上表中的规定；

对于20 MHz信道宽度，在2.4 GHz 工作时，相邻信道中心频率应相隔25 MHz；在 5 GHz 频段工作时，相邻信道中心频率应相隔 20 MHz；

对于 40 MHz 信道宽度，相邻信道中心频率应相差 40 MHz；
邻信道中的干扰信号应是符合HT PHY的信号，与被测信道中的信号不同步；

干扰信号的最小占空比应为50%；

3. 对于非相邻信道抑制的测试条件在满足上述的基础上有所不同的是：

非相邻信道抑制仅适用于 5 GHz 频带；

对于5 GHz频段20 MHz信道宽度，非相邻信道中心频率应相差 40 MHz 或更多；

对于5 GHz频段40 MHz信道宽度，非相邻信道中心频率应相差 80 MHz 或更多。

4. 对于接收机的最大输入电平，需满足：

5 GHz频段的最大输入电平为-30 dBm；

2.4 GHz频段的最大输入电平为-20 dBm；

在任何基带调制的情况下，最大 PER 均为 10%。

5. 接收信道功率指标 (RCPI) 测量：

RCPI（Received channel power indicator）是对接收帧所选信道中接收射频功率的测量。该参数应是 PHY 在接收到的帧的数据部分测量到的信道中的接收 RF 功率。接收功率应为所有有效接收链路中功率的平均值。关于RCPI，在之前学习过的一起来学802.11物理层测试标准（WiFi的功率报告：RCPI、ANPI、RSNI和RSSI）中有详细的解释。

与11a的规定一致，对于11n，在接收机规定的动态范围内，RCPI 应等于接收到的射频功率，精确度为 ± 5 dB（95% 置信区间）。接收射频功率的确定应假定接收机噪声等效带宽等于信道宽度乘以 1.1。

6. 减少的帧间距（RIFS）：

RIFS我们第一次接触，首先IFS是帧间隔，在指定的IFS内，STA 应通过使用载波侦听功能确定介质处于空闲状态。802.11的标准定义了十种不同的提供访问无线介质优先级的IFS。RIFS 是减少开销从而提高网络效率的一种手段。在一个时序图中，RIFS经常跟SIFS（short interframe space）是或的关系，当不需要 SIFS 分离的响应传输时，RIFS 可用来代替 SIFS，以分离来自单个发射的多个传输。11n这里要求的是：接收机应能解码与前一个 PPDU 相隔 RIFS （Reduced interframe space）传输的 PPDU。那么11n的RIFS以及SIFS的要求是：

aRIFSTime=2us，
aSIFSTime=10us @2.4GHz；
aSIFSTime=16us @5GHz；

7. CCA：

我们曾在一起来学802.11物理层测试标准（DSSS-CCA-信道可用性评估）中介绍了CCA的几种模式，11n也同样需要遵守，只是稍微复杂。

首先，根据各个国家针对各个频段和操作等级（operating calss）的规定，来判断是否需要运行 CCA-Energy Detect（CCA-ED）的模式。如果需要的话，那么当 CCA-ED 检测到信道繁忙时，PHY 应指示介质繁忙状态。

CCA-ED，实质上是为改善频谱共享，出于某些频段需要，在不同系统间给出的相应的一些限制行为。任何情况下，当接收到所规定的信号强度超过主信道的dot11OFDMEDThreshold和辅信道（如果存在的话）的 dot11OFDMEDThreshold 所给出的CCA-ED 门限时，CCA-ED 应检测信道忙状态。CCA-ED 门限也取决于各国家地区的具体规定。

如果说CCA-ED是各个国家和地区的额外要求，那么对于下述的频段内同系统的CCA-sensitivity则是一般性的强制需求：

对于non-HT PPDUs的CCA要求与11a和11g都是一致的。

对于HT STA，总结各种情况如下表所示：

对上表做如下解释：

20MHz的最小调制和编码速率对应的灵敏度是 -82 dBm，那么当接收机接收到一个20 MHz的HT信号高于这个-82dBm时开始，在 4us 时间内需以大于 90% 的概率设置CCA检测的忙状态：PHY-CCA.indication(BUSY)。如果是检测到其他的任何信号，比灵敏度高20 dB 或以上，即-82 + 20 = -62dBm时，则同样应该显示信道繁忙状态。

如果是不支持接收 HT_GF PPDU 的 HT STA，则当收到任何有效的HT_GF信号，并且这个信号在20 MHz 信道中接收电平大于或等于-72 dBm时，应指示信道忙状态 [PHY-CCA.indication(BUSY)]。

工作信道宽度等于 40 MHz 的 20/40 MHz STA 接收机应在主信道和副信道上提供 CCA。当辅信道空闲时，主信道中如果接收到20 MHz HT 信号，并且电平大于或等于最小调制和编码速率灵敏度 -82 dBm 的开始时算起，PHY 应在 4us 内以大于 90% 的概率生成 PHY-CCA.indication(BUSY, {primary}) 原语。

如果接收到占用主信道和辅信道的 40 MHz HT 信号，并且在接收电平大于或等于最小调制和编码速率灵敏度 -79 dBm 时，应使 PHY 在 4us 内为主信道和辅信道生成 PHY-CCA.indication(BUSY, {primary, secondary}) 原语，每个信道的概率应 >90%。

如果不支持接收 HT_GF PPDU 的 HT STA，如果辅信道空闲，则对主信道中接收电平大于或等于 -72 dBm 的任何有效 HT_GF 信号指示{主}信道忙状态（PHY-CCA.indication(BUSY, {primary}) 原语）。

不支持接收 HT_GF PPDU 的 HT STA 应在接收电平大于或等于 -69 dBm 时，为主信道和辅信道中的任何有效 40 MHz HT_GF 信号指示{主、辅}信道忙状态（PHY-CCA.indication(BUSY, {primary,secondary})原语）。

对于 20 MHz 主信道中任何电平大于或等于-62 dBm 的信号，接收机应显示{主}信道忙状态。该电平比 20 MHz PPDU 的最小调制和编码速率灵敏度高 20 dB。当主信道空闲时，接收机会在 20 MHz 辅信道中任何信号达到或超过 -62 dBm 时指示{辅}信道忙状态。当主信道和辅信道中出现的任何信号在主信道中达到或超过 -62 dBm，在辅信道中达到或超过 -62 dBm 时，接收机应显示{主、副}信道繁忙状态。

编辑：黄飞