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验证802.11ac Wave 2 MU-MIMO在性能方面的提升

IEEE 802.11ac标准的推出分为两个阶段:Wave 1和Wave 2。IEEE于2013年11月批准802.11ac Wave 2成为一种无线局域网(WLAN)标准。随着业界开始在运营商和企业部署或消费者家用应用中采用Wave 2产品,802.11ac Wave 2的测试对设备制造商和服务商的重要意义也在与日俱增,因为只有通过完善的测试,他们才能抓住今天的联网世界所带来的各种机遇。在IEEE 802.11ac Wave 2产品中投资的相关利益攸关方都急切地想要了解这些Wave 2增强特性到底能做什么,以及如何才能验证Wave 2在性能方面带来的提升。

802.11ac Wave 2可向下兼容802.11ac Wave 1。例如,它支持802.11ac Wave 1所有的数据速度和特性,而且添加了对下行MU-MIMO、160 MHz频宽信道,以及8个空间流等特性的支持。凭借多用户多路输入多路输出(MU-MIMO)这一特性,Wave 2在从接入点(AP)到设备客户端的下行性能方面实现了相较于Wave 1巨大的提升。这意味着频谱可以得到更高效的利用,多个联网客户端都能够同时从接入点接收信息的传送。简而方之,Wave 1支持的是单用户的多路输入多路输出(SU-MIMO),在任意时间只能在下行方向上向单个客户端传输。MU-MIMO可以同时在向下游方同时向最多4个Wave 2客户端发送信息,这样其性能便可最高提升至原来的4倍。具体情况如图1所示。

Single and multi-user MIMO

Figure 1: IEEE 802.11ac Wave 1 SU-MIMO vs Wave 2 MU-MIMO

MU-MIMO的性能优势源于其向多个客户端设备共享整个可用无线频谱的能力。尽管Wave 2 MU-MIMO并没有改变每个WLAN连接中的最大可能物理层(PHY)速率,但它通过多客户端共享相同接入点的环境,提高了每个接入点所能支持的汇聚吞吐量。WLAN是一种基于争用的协议,通过同时向多个客户端发送数据,客户端能够以足够快的速度进入和离开网络,使无线频谱可以用于其它的客户端。尽管多数WLAN网络都采用了5GHz波段上802.11 a/n/ac的不同类型客户端,但MU-MIMO的高效率不仅能够提高Wave 2客户端的性能,还能使802.11 a/n/ac模式下历史客户端的性能也得到提升。

MU-MIMO工作时会充分利用波束塑型技术,同时向空间上不同的位置发送数据帧。因此,从接入点到客户端的下行方向波束塑型就成为802.11ac标准中的创新挑战难点。接入点与客户端之间的波束塑型进程可以描述为,接入点向笔记本电脑之类的客户端发送IP数据包等更高级别的数据,具体情况如图2所示。波束塑型进程的信道校准部分也被称为回声测量。由于802.11ac波束塑型以明确的信道测量为基础,发送方和接收方必须都支持该技术。回声测量会在任何数据流量发送前执行,因此它也算作是一种开销。回声测量所用的时间越短,MU-MIMO的性能就越好。因此,回声测量计时是一个值得关注的有趣参数。此外,MU-MIMO组指的是利用波束塑型技术同时接收不同下行数据的客户端。

Wave2AP client

Figure 2: 802.11ac Beamforming Process

Spirent TestCenter WLAN提供多种硬件平台,将Wave 2 WLAN网卡或模块与新型的2.5Gbps/5Gbps Base-T以太网解决方案结合在了一起。这些解决方案支持性能最高且最真实的多客户端仿真,可直接测试接入点的功能和性能。具体而言,它可以帮助测试人员执行以下一般性接入点测试场景:

  • 接入点个人和企业安全性(802.1x)类型
  • 中等容量和最大客户端负载。
  • 接入点稳定性测试。
  • 接入点与不同802.11模式下客户端不同组合的相互作用。
  • 对UDP和TCP吞吐量、转发速率和时延性能执行基准或基础测试。
  • 通过RF接口对接入点上的客户端执行RFC风格的测试。
  • 吞吐量与包尺寸间的关系、吞吐量与客户端数量间的关系、IPv4、IPv6、DHCP规模和性能等。
  • 速率与距离间的关系测试。

支持的Wave 2特有特性包括:

  • 利用4x4/80MHz信道或2x2/160MHz信道验证802.11ac 1.73Gbps PHY速率
  • 利用4x4 MIMO高于1Gbps的WiFi的吞吐量
  • 验证下行链路中接入点的Wave-2 MU-MIMO能力
  • 为测试提供多种灵活的MU-MIMO客户端配置
  • 利用MU-MIMO客户端测试吞吐量(UDP/TCP)的提升情况
  • 接入点MU-MIMO稳定性和效率测试
  • 接入点MU-MIMO回声测量计时测试
  • MU-MIMO速率与距离间关系测试

如欲重点了解MU-MIMO条件下802.11ac Wave2特性测试方面的更详细讨论,欢迎阅读白皮书:如何测试80211ac Wave 2 MU-MIMO

 
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