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作者: Kevin Qian,Mingyan Wang IEEE 802.11工作組正在定義稱為802.11ah的新標準。該標準工作在不到1GHz的免許可頻段，可提供長得多的傳輸距離，也可以用于大規模傳感器網絡，具有適合數百萬物聯網(IoT)或機器到機器(M2M)設備連接的低功耗特性。802.11ah以降低了時鐘速率的802.11ac標準為基礎，在PHY和MAC層中增加了一些增強功能，比如節能、大數量站點支持、更好的覆蓋和移動接收等。這個標準目前還處于草案階段，最終版本有望在2016年發布。WiFi聯盟也已經開始定義基于802.11ah的認證程序。 IEEE 802.11無線局域網(WLAN)主要工作在2.4GHz和5GHz頻段。然而，這些高頻頻段限制了802.11n和802.11ac的傳輸范圍，使得它們不適合室外環境使用。本文介紹了802.11ah的基本原理以及一些測試挑戰。 用例 一般來說,802.11ah有三種用例種類：傳感器網絡，用于傳感器和計量數據的回傳網絡，Wi-Fi擴展范圍網絡。大覆蓋范圍、低功耗、原生IP支持以及大數量設備支持是802.11ah的主要優點。它的特性包括： 1.802.11ah可以通過1MHz和2MHz強制模式擴展覆蓋范圍； 2.802.11ah PHY和MAC層實現了一些性能增強，可以使大規模傳感器網絡實現超低功耗和很多年的電池壽命，并針對短的數據包長度和長睡眠時間做了優化； 3.802.11ah傳感器原生支持IP； 4.通過層次化標識結構，一個接入點(AP)可以關聯的設備數量多達8191個。 圖1顯示了未來智慧家庭中的一個傳感器網絡例子。在這個應用中，采用802.11ah技術的接入點(AP)放在室內。諸如溫度傳感器、光線傳感器和智能電表等大量設備遍布在整個房屋內，使得家用設備和電器變得“智能化”。 
圖1：在智能家庭環境中，802.11ah的覆蓋范圍要超過802.11ac。 第二個用例是用于傳感器和計量數據的回傳網絡。回傳網絡提供了傳感器和數據收集設備之間的連接。IEEE 802.15.4g為較低速傳感器提供鏈路，802.11ah則提供無線回傳鏈路，將傳感器產生的匯聚數據轉發至數據中心。圖2描述了一種無線回傳網絡，其中802.11ah AP和網關收集來自傳感器設備的數據然后轉發給數據中心。
圖2：802.11ah可以提供對回傳網絡的訪問。 作為一種擴展覆蓋范圍的WiFi，802.11ah可以用在家庭、校園、體育館、大型商場和其它地方。與工作在2.4GHz和5GHz的傳統WLAN技術相比，802.11ah可以提供更大的覆蓋范圍，可到達車庫、后花園和地下室。舉例來說，校園WLAN解決方案使用三波段的接入點(2.4GHz/5GHz/900MHz)，因此可以在校園任何地方提供無線接入。辦公室和教室用802.11ac覆蓋，室外區域用802.11ah AP，為大樓、停車場和體育場之間的空曠場地提供擴展覆蓋范圍。借助802.11ah擴展覆蓋范圍性能還有助于蜂窩業務的卸載。802.11ah接入點支持更寬的覆蓋區域和更多數量的學生。 信道分配 圖3顯示了802.11ah的全球信道分配情況。從圖中可以看到，許多國家為802.11ah指定了頻譜，還規定了支持802.11ah所需的最大帶寬。通過信道綁定獲得的最大信道帶寬根據具體的國家法規而有所不同。
圖3：IEEE 802.11ah全球信道分配情況。 美國分配的是902MHz至928MHz頻段，最大帶寬是16MHz；中國為802.11ah分配了從755MHz至787MHz總共32MHz的帶寬，最大帶寬是8MHz；韓國分配的是917.5MHz至923.5MHz頻段，最大帶寬是4MHz；日本分配的頻段是從916.5MHz至927.5MHz總共11個1MHz信道；新加坡有兩個頻段，分別是866MHz至869MHz和920MHz至925MHz，總共8MHz，最大帶寬是4MHz。 物理層 IEEE 802.11ah主要是在IEEE 802.11ac物理層時鐘降頻10倍的基礎上工作。802.11ah將帶寬定義為2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。同時出于進一步擴展覆蓋范圍的目的額外定義了一個1MHz信道。1MHz和2MHz的支持是強制性的。物理層可以被分成兩大類，一類是超過或等于2MHz帶寬的傳輸模式，另一類是1MHz傳輸模式。對第一類而言，可以被認為是802.11ac時鐘降頻10倍。因為FFT大小也與802.11ac相同，因此子載波間隔是31.25kHz，只有802.11ac子載波間隔312.25kHz的十分之一。802.11ah正交頻分復用(OFDM)符號周期是802.11ac的10倍，保護間隔也是802.11ac的10倍，可以是4s、8s或16s，因此802.11ah可以滿足長達1km的覆蓋范圍目標。對于1MHz傳輸模式來說，它同樣使用31.25kHz的子載波間隔，因此FFT大小是32。 1MHz信道的目標是進一步擴展傳輸距離。802.11ah針對長距離傳輸增加了新的調制編碼機制(MCS10)。這種MCS10與MCS0一樣使用一半的編碼速率，但重復兩次，因此擴大了傳輸距離。在802.11ac中定義了固定的導頻圖案，但802.11ah增加了新的導頻圖案，稱之為旅行導頻。旅行導頻可以更好地減輕多普勒效應，從而為移動接收提供更好的支持。 在傳輸模式方面，802.11ah支持正常S1G的短幀或長幀模式以及S1G_DUP_1MHz和S1G_DUP_2MHz重復模式。在S1G_DUP_1MHz模式下，802.11ah將在所有占用帶寬中重復S1G 1MHz，因此對4MHz帶寬來說，它將在所有4個1MHz信道中重復S1G 1MHz信號。802.11ah還支持多用戶MIMO，但MIMO流最多只能有4個。它還可選支持802.11ac的波束成型。 表1顯示了802.11ac和802.11ah之間的詳細比較。 表1：802.11ah和802.11ac物理層比較。
測量挑戰 如表1所示，802.11ah標準覆蓋了種類廣泛的數據速率、調制復雜性和多流配置，雖然最常用的是單信道和低數據速率情況。因此對802.11ah來說也存在著針對更高調制方案、更高MIMO級別(最高為4×4)、波束成形和多用戶MIMO的測試挑戰。對那些想要充分利用更復雜調制方案的這些應用來說，就要求使用具有必要性能的測試設備。舉例來說，考慮到調制精度，為了測量256QAM調制方案，要求具有足夠低誤差矢量幅度(EVM)水平的發射機測試。因此了解測試設備性能的局限性，包括相位噪聲等參數，是很有必要的。另外，針對802.11ah射頻測試，測試儀器需要支持產生和分析帶寬窄得多的信號，并要滿足窄帶寬使用時的標準要求。 802.11ah標準草案中定義了發射機和接收機的測試項目(表2)。這些項目與其它WLAN標準類似，除了根據帶寬和數據包時序按比例縮小外。舉例來說，接收機最小輸入電平靈敏度測試需要低10dB，因為與802.11ac標準相比要求的帶寬只有十分之一。 表2：IEEE 802.11ah發射機和接收機測試項目。
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