无线标准:IEEE 802.11ac和LTE-Advanced

2013-08-22 14:59 来源:电子信息网 作者:蒲公英
更高阶的调制类型

无线通信系统设计人员提高数据速率的第三个途径是更高阶的调制类型。正如香农哈特利定理所述,增加SNR相当于增加数据吞吐能力。对于数字通信系统而言,采用更高阶的调制类型可以实现更高的数据速率。对于采用正交调幅(QAM)的系统而言,物理通道的吞吐能力与QAM的“阶数”直接相关。例如,由于四个唯一的符号可以表示的最大位数为2[log2(4)=2],因此4QAM通道具有每个符号表示2位的能力。同样,16QAM通道的每个符号可以产生4 位,64QAM通道的每个符号可以产生6位。

新的IEEE 802.11ac规范是首个支持256-QAM的消费者无线标准之一。256QAM格式的每个符号都可以产生8位[log2(256)=8],因此与仅采用64QAM的系统相比,可以实现高33%的吞吐能力。当然,采用256QAM等更高阶调制类型的数字通信通道的功能要求能够维持足够高的SNR。无线通信系统采用自适应调制类型已有多年,支持在低SNR环境中使用QPSK等更鲁棒的方案。以下图为例,该图是不同SNR条件下16QAM信号的星座图。

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图:不同SNR条件下的16QAM星座图。

正如我们在星座图中所看到的,44dB的SNR对于在不产生误码的情况下解调16QAM信号已经足够大了。相比之下,SNR为30 dB或30 dB以下的环境(采用16QAM调制类型)会产生相当多的误码。在这种情况下,QPSK等低阶调制类型可能更加合适。鉴于这些考虑因素,你可能会恰当地假设IEEE 802.11ac将在SNR相当高的情况下仅采用256QAM调制类型。

从仪器的角度来看,增加新调制类型几乎只需要更改软件。在PXI等软件定义的模块化平台中,每个新无线标准或调制类型都只是一个新的波形,它使得工程师的测试设备能够随着通信标准的演进而逐步发展。因此,在IEEE 802.11ac以及未来可能出现的标准中增加对256QAM调制类型的支持将很有可能只需要通过更新软件就能轻松实现。

本文小结

我们在探讨新一代无线通信标准时,看到了使用更多的空间流、更宽的通道带宽和更高阶的调制类型提高数据吞吐能力的发展趋势。对于IEEE 802.11ac,这种趋势最终会发展到采用8x8 MIMO的天线技术、高达160MHz的带宽和256QAM。对于LTE-Advanced,其趋势是支持8x8 MIMO配置和实现载波聚合技术,从而支持高达100MHz的通道带宽。同样,还应该注意的是,现有的2G和3G蜂窝标准也在不断演进,也会增加这些功能。比如,甚至是当前“2.5G”EDGE标准的下一步演进也会采用载波聚合技术。此外,在UMTS中,HSPA+是最近才增加的一项增强技术,该技术在下行链路中增加了64QAM。下一步,HSPA+ Advanced将增加二/四载波聚合技术,从而提高现有3G蜂窝通信网络的吞吐能力。

虽然新一代无线标准会以更高数据速率的形式给消费者带来各种显而易见的好处,但是IEEE 802.11ac和LTE-Advanced无线电的设计和测试将出现相当大的挑战。从能够处理更高带宽的楼宇收发器到在单个手机设备中整合更多的天线,新一代标准都会提出相当多的高硬件要求。这样,新一代无线标准所需的测量和仪器也更具挑战性。幸运的是,PXI测试装置的模块化和软件定义架构使其成为测试IEEE 802.11ac和LTE-Advanced等新兴标准的传统仪器的一个不可抗拒的替代方案。

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IEEE 802.11ac LTE-Advanced

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