Đo Wi-Fi 7 khó hơn đo Wi-Fi 6 không phải vì có thêm nhiều phép đo mới, mà vì cùng những phép đo cũ nay phải chính xác hơn một bậc. Chuẩn IEEE 802.11be — tên chính thức là EHT, Extremely High Throughput — đẩy điều chế lên 4096-QAM, mở kênh tới 320 MHz và cho phép một thiết bị hoạt động đồng thời trên nhiều băng tần. Mỗi thay đổi đó đều siết chặt yêu cầu lên chính thiết bị đo. Bài viết này đi vào ba chỗ mà kỹ sư RF hay vấp khi bắt đầu đo Wi-Fi 7: giới hạn EVM của 4096-QAM, băng thông phân tích cho kênh 320 MHz, và phép đo khi có MLO.
Wi-Fi 7 thay đổi gì ở lớp vật lý
So với 802.11ax, 802.11be giữ nguyên khung OFDMA nhưng nới rộng gần như mọi chiều. Khoảng cách sóng mang con vẫn là 78,125 kHz, thời gian ký hiệu vẫn 12,8 µs và tiền tố vòng vẫn 0,8 / 1,6 / 3,2 µs — nghĩa là bộ khung thời gian–tần số quen thuộc không đổi. Cái đổi là ba con số:
Băng thông kênh mở rộng từ tối đa 160 MHz lên 20 / 40 / 80 / 160 / 320 MHz. Số luồng không gian tăng từ 8 lên 16. Bậc điều chế thêm 4096-QAM, tương ứng hai chỉ số EHT-MCS mới là MCS12 (mã hoá 3/4) và MCS13 (mã hoá 5/6). EHT hoạt động trong các băng không cấp phép từ 1 đến 7,125 GHz, tức 2,4 GHz, 5 GHz và 6 GHz.
Mục tiêu đặt ra trong PAR của nhóm 802.11be là có ít nhất một chế độ vận hành đạt từ 30 Gbps trở lên, đồng thời có chế độ cải thiện độ trễ và jitter để phục vụ mạng nhạy cảm thời gian. Ở lớp MAC, tính năng đáng kể nhất là Multi-Link Operation.
EVM là thước đo trung tâm khi đo Wi-Fi 7
Error Vector Magnitude đo khoảng cách giữa ký hiệu thu được và ký hiệu lý tưởng trong giản đồ chòm sao, chuẩn hoá theo công suất tín hiệu. Với điều chế bậc cao, các điểm chòm sao nằm sát nhau hơn nên cùng một mức nhiễu pha hay méo phi tuyến sẽ ăn vào biên độ dự trữ nhiều hơn. Đó là lý do chuẩn quy định giới hạn EVM chặt dần theo bậc điều chế.
Bảng giới hạn EVM phát trong 802.11be (mục 36.3.19.4.1) đi từ −5 dB cho BPSK tới −38 dB cho 4096-QAM. Vài mốc đáng nhớ: 64-QAM MCS7 là −27 dB, 256-QAM MCS9 là −32 dB, 1024-QAM MCS10 và MCS11 cùng ở −35 dB, còn MCS12 và MCS13 — hai chế độ 4096-QAM — đều yêu cầu −38 dB. Bước nhảy 3 dB từ 1024-QAM sang 4096-QAM nghe nhỏ, nhưng nó là toàn bộ khác biệt giữa một máy phân tích đủ dùng cho Wi-Fi 6 và một máy đủ dùng cho Wi-Fi 7.
Giới hạn −38 dB và quy tắc dự trữ 10 dB của máy đo
Đây là điểm mà rất nhiều phòng thử nghiệm hiểu sai: máy phân tích tín hiệu không phải là thiết bị lý tưởng, bản thân nó cũng đóng góp EVM. Phần lớn đóng góp này không đồng pha với tín hiệu cần đo, nên chúng cộng theo căn bậc hai tổng bình phương (RSS) chứ không cộng tuyến tính.
Hệ quả rất cụ thể. Nếu EVM dư của máy đo bằng đúng giá trị cần đo (−38 dB, tức 1,259%), kết quả đo được sẽ là 1,780% — tức −34,99 dB, sai lệch tới 3,01 dB. Một thiết bị đạt chuẩn sẽ bị đánh trượt. Nếu máy đo có dự trữ 10 dB, nghĩa là EVM dư của nó ở mức −48 dB, sai lệch tụt xuống còn 0,414 dB (0,061%). Với dự trữ 20 dB (−58 dB), sai lệch chỉ còn 0,043 dB.
Quy tắc thực hành rút ra: máy đo phải đo được thấp hơn giới hạn ít nhất 10 dB. Với 4096-QAM, con số cụ thể là máy phân tích phải có EVM dư dưới −48 dB. Đáng chú ý là sai lệch 0,414 dB giữ nguyên ở mọi mức EVM mục tiêu miễn là dự trữ giữ ở 10 dB — nên đây là một quy tắc thiết kế thử nghiệm ổn định, không phải con số riêng cho 4096-QAM.
Cách xác định EVM dư của máy: nối trực tiếp máy phân tích với một bộ tạo tín hiệu chất lượng cao, quét EVM theo mức công suất vào. Kết quả luôn là đường cong hình bồn tắm — phía công suất thấp bị giới hạn bởi nhiễu nền, phía công suất cao bị giới hạn bởi phi tuyến. Điểm làm việc tối ưu nằm ở đáy bồn, và đó chính là mức công suất bạn nên đặt cho phép đo hợp chuẩn.
Về quy trình, phép đo EVM cần tối thiểu 20 PPDU. Nếu đơn vị tài nguyên chiếm dụng có 26 tone thì mỗi PPDU phải dài ít nhất 32 ký hiệu dữ liệu; nếu RU lớn hơn 26 tone thì tối thiểu 16 ký hiệu. Kết quả được tính sau khi bù cả độ lệch tần số ước lượng lẫn trôi độ lệch lấy mẫu, rồi lấy trung bình trên các sóng mang con, các phân đoạn tần số, các PPDU và các luồng không gian.
Kênh 320 MHz: băng thông phân tích và cái bẫy công suất
Kênh 320 MHz đòi hỏi máy phân tích có băng thông phân tích tức thời phủ hết kênh, cộng thêm phần lề cho bộ lọc. Đây là ràng buộc phần cứng cứng, không thể bù bằng phần mềm. Bộ thu-phát vector VXT PXIe Keysight M9410A phủ dải 1 MHz đến 6 GHz — đúng toàn bộ vùng 2,4 / 5 / 6 GHz của Wi-Fi 7 — và cung cấp băng thông tạo lẫn phân tích tới 1,2 GHz, dư sức cho kênh 320 MHz. Khi cần dải tần cao hơn hoặc băng thông rộng hơn cho các nghiên cứu mở rộng, máy phân tích tín hiệu UXA Keysight N9042B đi từ 2 Hz tới 50 GHz với các tuỳ chọn băng thông phân tích 1; 1,5; 2 và 4 GHz, mở rộng tới 11 GHz khi ghép bộ số hoá ngoài.
Cái bẫy thứ hai của kênh rộng là hệ số đỉnh. Tín hiệu OFDM 320 MHz có tỷ số công suất đỉnh trên trung bình cao; nếu đặt mức tham chiếu theo công suất trung bình như thói quen cũ, các đỉnh sẽ bị nén ở tầng đầu vào và EVM đo được xấu đi mà không phải lỗi của thiết bị cần thử. Ngược lại, đặt mức tham chiếu quá cao thì nhiễu nền chiếm ưu thế. Phải dò tìm đáy đường cong bồn tắm cho đúng cấu hình tín hiệu đang dùng.
Cái bẫy thứ ba là preamble puncturing. 802.11be cho phép “khoét” bớt phần kênh đang bị chiếm dụng, nên phổ thực tế có thể không liền mạch. Phần mềm giải điều chế phải được cấu hình đúng mẫu khoét, nếu không toàn bộ phép đo EVM sẽ vô nghĩa.
MLO và kiểm thử OTA: một thiết bị, nhiều liên kết
MLO — Multi-Link Operation — cho phép một thiết bị truyền nhận đồng thời trên nhiều liên kết ở các băng tần khác nhau. Về mặt kiến trúc, 802.11be định nghĩa khái niệm MLD (multi-link device): một thiết bị vật lý có nhiều giao diện vô tuyến nhưng chỉ mang một địa chỉ MAC duy nhất ở lớp MLD. MLD chia thành hai chế độ: STR (thu phát đồng thời) cho phép truyền bất đồng bộ trên các liên kết với truy nhập kênh độc lập, và NSTR khi hai liên kết không đủ cách ly để làm việc đó.
Với người làm đo lường, MLO có một hệ quả rất thực tế: phép đo trên một liên kết đơn lẻ không còn mô tả đủ hành vi thiết bị. Nhiễu tự sinh giữa các radio trong cùng một MLD, độ cách ly giữa các chuỗi, và hành vi chuyển tiếp lưu lượng giữa các liên kết chỉ lộ ra khi đo đồng thời. Điều đó đẩy nhu cầu về phía cấu hình nhiều kênh — nơi kiến trúc mô-đun PXIe có lợi thế rõ rệt so với máy để bàn đơn lẻ.
Về kiểm thử OTA, nguyên tắc quản lý sai số giống với những gì chúng tôi đã trình bày trong bài đo EVM 5G FR2 mmWave và kiểm thử OTA: mọi suy hao và phản xạ trong đường truyền không dây đều cộng vào ngân sách sai số, nên buồng đo và quy trình hiệu chuẩn đường dẫn quan trọng ngang phần cứng. Khác biệt là Wi-Fi 7 làm việc dưới 7,125 GHz nên bài toán buồng đo dễ thở hơn mmWave, nhưng bù lại số luồng không gian nhiều hơn khiến việc dựng kịch bản MIMO phức tạp hơn.
Chọn thiết bị đo Wi-Fi 7 của Keysight
Cây quyết định có thể rút gọn thành ba câu hỏi.
Sản xuất và kiểm tra dây chuyền WLAN? Chọn VXT PXIe M9410A. Máy tích hợp cả bộ tạo và bộ phân tích tín hiệu vector trong một mô-đun PXIe hai khe, dải 1 MHz đến 6 GHz, băng thông tới 1,2 GHz. Kiến trúc mô-đun cho phép xếp nhiều kênh trong cùng khung để dựng kịch bản MIMO và MLO nhiều liên kết.
Nghiên cứu, đặc trưng hoá linh kiện, hoặc cần dải tần vượt ngoài 6 GHz? Chọn UXA N9042B cho hiệu năng phân tích cao nhất và dư địa băng thông. Đây cũng là lựa chọn khi phòng thí nghiệm cần một máy dùng chung cho cả WLAN lẫn 5G mmWave.
Cần mô phỏng mạng để thử thiết bị đầu cuối ở mức giao thức? Đó là địa hạt của bộ mô phỏng mạng UXM Keysight E7515B trong các kịch bản hội tụ di động — WLAN, và hữu ích khi cần kiểm chứng hành vi chuyển giao giữa Wi-Fi và mạng tế bào.
Dù chọn cấu hình nào, tiêu chí sàng lọc đầu tiên vẫn không đổi: EVM dư của hệ thống đo phải thấp hơn −48 dB tại tần số và mức công suất làm việc thực tế. Hãy yêu cầu số liệu này ở đúng điều kiện của bạn, không phải ở điều kiện tối ưu trong tài liệu.
Độ tin cậy của kết quả bắt đầu từ hiệu chuẩn
Toàn bộ lập luận về dự trữ 10 dB chỉ có giá trị khi máy đo thực sự đang hoạt động đúng đặc tính công bố. Với phép đo EVM, hai hạng mục hiệu chuẩn ảnh hưởng trực tiếp tới kết quả là độ chính xác biên độ tuyệt đối và độ phẳng đáp tuyến trong toàn bộ băng thông phân tích — sai lệch độ phẳng trên kênh 320 MHz sẽ hiện nguyên hình thành EVM.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng thí nghiệm hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025, phục vụ cả thiết bị Keysight lẫn thiết bị hãng khác. Nếu bạn đang xây dựng năng lực đo Wi-Fi 7 hoặc cần soát xét ngân sách sai số EVM của hệ thống hiện có, hãy liên hệ hotline 0908 173 345 để được kỹ sư ứng dụng tư vấn cấu hình và lịch hiệu chuẩn phù hợp.
Sàn EVM nhắc tới ở trên phụ thuộc vào chính máy đo. Trên bộ thu-phát vector VXT, sàn EVM 802.11be ở kênh 320 MHz là < –39 dB hay < –43 dB tuỳ số sê-ri và tuỳ chọn EP6 — chi tiết trong bài chọn M9410A, M9411A hay M9415A.
