计算数据速率

　　凭借802.11ac规范所带来了关键技术改进，如更高的带宽、更多的空间流、以及更高阶次调制类型，有人可能会猜想可选的高吞吐量特性会比802.11n 提高一个数量级。事实上，由于802.11n的理论限制为600Mbps，802.11ac的数据速率增加将会比802.11n提高一个数量级。

　　为了正确地估计802.11ac的最大理论 吞吐量，我们必须考虑一些关键的因素，例如：调制类型、子载波个数、码率、符号率，以及空间流的个数。为了确定总数据速率，我们首先确定任意时刻一次发出的编码数据的位数。之前的802.11ac规范草案将此定义为“子载波比特位数”( Number of data bits per subcarrier, NDPSC)，其中包含所有空间流的比特位。从数学角度考虑，NDPSC是通过每个符号的位数、码率以及子载波的个数等因素决定的。

　　在公式3中，可以看到NDPSC的数学表示。

公式3.每个符号的比特位数与码率等因素对整个空间流编码的比特位数的影响。

　　例如，在一个20MHz 的802.11ac信号发射时，64个子载波中的52个将被用于数据，而其余的则用于保护性频带、空子载波以及先导频率信号。如果使用QPSK调制模式以及?的码率，则NDPSC将会等于26比特(1 x 52 x 0.5)。如图5所示，我们对多个带宽以及空间流组合，计算其在256-QAM调制模式下的NDPSC。

图5. NDPSC随着带宽大小和空间数据流的数量的增加呈指数性增加

　　知道了每个空间流中的总比特位数，我们就可以通过将(NDBPS)与空间流的个数、符码率、以及符码使用率相乘，就可以计算802.11ac物理层的最大理论吞吐量。在此示例中，符号率等于子载波间隔，即为312.5 kHz 或者312,500 符号/秒。其中的关系如公式4所示。

公式4. 数据速率是NDPSC、符号率以及符码使用率的函数。

　　如公式4所示，符码使用率即为数据符号周期与符号总间隔的比值，其中：

　　因此，在使用短防护间隔的配置中，符码使用率为3.2/3.6 = 88.9%。

　　同样，在使用长防护间隔的配置中，符码使用率为3.2/4.0 = 80%。

　　在公式5中，我们可以估计802.11ac通信信道的最大理论吞吐量。在确定802.11ac的最大理论吞吐量时，我们将会考虑使用8x8MIMO、160 MHz信道带宽、256-QAM调制机制以及短防护间隔。在此示例中，理论最大数据吞吐量如公式5所示。

公式5. 802.11ac的最大理论吞吐量超过6.9 Gbps。

　　如公式5所示，802.11ac物理层所能提供的理论最大数据吞吐量可以超过每秒6.9千兆比特。然而，必须要注意的是，这仅仅是理论计算而已。在现实中，超过6.9 Gbps的数据速率仅当物理信道足够、能同时实现8个空间数据流时才能实现。此外，考虑到256-QAM调制模式下对SNR的要求，最大理论吞吐量仅能在发射机和接收机足够接近、信号强度足够大时才能实现。最后，我们还要意识到，对于一个通信系统来说，远远不止物理层一个方面而已。虽然物理层能够支持 6.9 Gbps，但是必须还要对MAC层、数据总线、甚至嵌入式控制器等进行大量的改进，才能让供应商做出真正实现最大数据吞吐量的产品。

　　802.11ac测试中的挑战和解决方案

　　诸如802.11ac的下一代无线通信标准，可以为消费者带来数据传输速率的显著提升，然而这同时也使得设计和测试这种无线产品充满挑战。当今的工程师必须要面对复杂的多通道无线测试，如8x8 MIMO。此外，可选的160MHz规范的带宽要求非常高，工程师们必须随着带宽的不断增加，确保测量的高质量。最后，在自动化测量中，测量的复杂性将随着测量速度的增加而增加。考虑到802.11ac信号的解调需要提高一个数量级的信号处理能力，802.11ac的测量速度要求也是一个需要关注的问题。

　　展望未来，可以看到软件定义的PXI测试设备将处于测试下一代无线通信标准的前沿位置。National Instruments于2012年1月发布了测试下一代802.11ac WLAN芯片组和设备的先行支持，并于巴塞罗那举办的世界移动通信大会(MWC)上展示了最新的802.11ac测试解决方案，能够支持包括 20，40，80和80+80 160MHz各种带宽的信号接收(Rx)和发送(Tx)，并支持高达4X4 MIMO的配置。因此，NI测试解决方案具备足够的灵活性，除了802.11ac，同样可以测试802.11a/b/g/n设备。

　　“通过支持最新的WLAN标准，802.11ac，我们展示了NI公司的软件定义的模块化测试系统的力量”， NI首席执行官和公司创始人James Truchard博士表示， “我们的模块化测试平台提供了更快的测试时间和更低的投入成本，并通过与LabVIEW相结合，帮助工程师研究、验证、测试最新的无线标准及设备。

　　基于NI PXI平台的802.11ac 测试方案主要特性：

　　调制方式最高可达256 QAM

　　可支持4X4 MIMO

　　通道带宽包括20, 40, 80, 以及80+80, 160 MHz

　　可支持LDPC, STBC和AMPDU

　　可支持NI LabVIEW, ANSI C, 以及Microsoft Visual Studio等多种开发环境

　　NI 正在与一些前沿的合作伙伴，包括芯片供应商，OEM厂商和电子制造服务(EMS)提供商展开合作，测试最新的802.11ac设备。采用软件定义的PXI 测试平台可以满足最新的移动通信规范和无线连接标准。无论是智能手机、平板电脑等消费电子产品，还是开发板(reference design board)、无线收发器等嵌入式产品，NI解决方案可测试各类移动通信设备和芯片。PXI所带来的诸如模块性、灵活性以及强大的信号处理能力等优势，将使其在不远的将来越发成为测试和测量领域的主要技术平台。