IEEE 802.11無線區域網路(WLAN)標準制定於1997年6月，802.11a與802.11c標準制定於1999年9月，然後802.11g標準制定於2003年6月，而802.11n標準制定於2009年10月。最新的802.11ac標準則於2014年1月獲得批准。
由於與舊版標準相比，802.11ac可提供極高傳輸率，因此802.11ac又稱為極高傳輸率(VHT)標準。802.11ac僅於5GHz頻段中運行，並且會盡可能重新使用802.11n技術，以向下相容舊版標準。802.11ac、802.11a與802.11均共存於5GHz頻段當中。
802.11ac提供多種模式，其中包括透過80MHz通道傳輸而速度超過500Mbit/s的單一站點產能，與同樣透過80MHz通道傳輸但速度超過1Gbit/s的多站點產能。802.11ac標準使用多項新技術，例如採用80+80連續設定的100MHz通道頻寬，與80+80MHz通道彙整。
80+80MHz通道彙整中包含不相交的80+80MHz通道802.11ac提供高達八個多重輸入多重輸出(MIMO)空間串流，並且支援多使用者MIMO與高達256 QAM的更高階次調變。
此外，802.11ac也提供時空區塊編碼與低密度奇偶校驗編碼等標準波束賦形技術。802.11ac可以實現多項應用，例如為眾多客戶提供高畫質影片、快速同步與備份龐大的資料檔案，與傳送無線訊號至高畫質螢幕以進行無線顯示。此標準同時支援網狀與點對點式回程流量、大型校園/禮堂的設定部署，以及製造層面自動化。
產品開發依循三階段進行
802.11ac裝置的設計人員往往面臨獨特挑戰。舉例來說，由於80M∼100MHz範圍之間的通道頻寬極廣，因此對頻譜平坦度的要求將更為嚴格。設計人員也必須解決逐漸增加的抗干擾需求。頻段設定為5GHz的氣象雷達也須要採用802.11ac標準，才能擁有足夠的抗干擾能力來克服眾多無線訊號干擾，由於開發裝置時，必須使用多個儀器才能在連續頻段模式(80+80MHz)中進行啟動與分析，因此開發與測試裝置時會需要額外的同步化作業。而更高的調變方式(256 QAM)，則需要更優良的傳輸星座誤差效能與接收器輸入敏感度。
一般產品開發週期包含下列三個主要階段：設計與模擬、檢驗與確認、製造與測試。如圖1所示，在一般開發週期中，設計人員首先使用軟體來開發傳輸器矽智財(IP)，接著再轉用其他平台進行原型製作與檢驗，最後必須使用第三個平台來進行設備製造與測試。設計人員每一次轉換階段時，都需要經歷新的學習曲線，而且很有可能必須為不同的廠商或實作找出錯誤、不一致的地方。
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| 圖1 產品開發的三個階段：(1)設計與模擬、(2)檢驗與確認、(3)製造與測試。 |
AWR解決方案最佳化開發過程
目前國家儀器(NI)已開發出一種全新的解決方案，讓設計人員在設計過程的三個階段中都能使用相同的IP，並從而統一收發器與接收器實作的IP。
為了達到此目的，國家儀器將多項軟硬體工具整合成單一解決方案。其中包含設計無線通訊解決方案的Visual System Simulator(VSS)系統設計工具、為無線裝置射頻(RF)連結設計射頻/微波元件的Microwave Office電路設計軟體，以及AWR 802.11ac標準函式庫。
在轉移至原型製作與測試階段時，設計人員會使用VSS、LabVIEW，以及內建於VSS中的測試設備連線，來進行硬體迴路模擬。設計人員也可以運用現場可編程閘陣列(FPGA)與I/O轉接器模組來測試儀器。
由於VSS與Microwave Office等工具都整合至單一AWR Design Environment之中，因此設計人員可以從設計初期、配置、電磁(EM)模擬到檢驗都使用相同的資料。
此外，由設計初期一直到檢驗與確認階段，PXI平台都能持續協助設計人員開發原型。而該平台更兼具設定靈活性與低成本部署的特性。
本系統包含機箱、PXI控制器，以及用途廣泛的週邊設備模組。雖然本應用說明中的解決方案在原型製作與開發初期使用向量訊號收發器，但設計人員也可以使用其他各種向量訊號分析器或向量訊號產生器。而設計人員也能在進行開發時，將FPGA、I/O協同處理器機板、放大器、衰減器與切換模組等元件整合至解決方案中。
此方式讓設計人員得以使用相同的平台，由研究與模型化作業轉移至設計模擬、檢驗與確認，以及最後的製造階段。如圖2所示，由於AWR軟體、LabVIEW與硬體彼此緊密結合，設計人員在最佳化開發過程時毋須切換操作環境。
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| 圖2 由於在AWR方式中，軟體、LabVIEW與硬體彼此緊密結合，設計人員無須切換操作環境即可在不同的開發與測試階段之間轉移。 |
系統層級設計與分析實作
由圖3中所示的系統層級設計與分析範例，可以了解設計人員如何運用這項全新的AWR解決方案。設計人員將硬體內標準訊號源與接收器的相同工具組加入測試模型，以便執行系統層級量測。該工具組可在稍後的設計週期中重新使用，協助執行硬體原型製作。
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| 圖3 由此系統層級設計與分析範例，可以了解設計人員如何運用與建立模擬模型時相同的硬體工具組，來執行系統層級測量。 |
下一個階段使用同樣的設計程序。由於VSS、LabVIEW與硬體緊密結合，因此相同的測試工作台可以重複使用，以便納入需要進行量測的射頻元件(圖4)。此處的重點是設計人員可使用原始測試工作台/量測方式，而毋須在設計過程的每個階段中都重複開發測試工作台。
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| 圖4 設計流程充分善用VSS、LabVIEW與硬體彼此的緊密結合，讓設計人員得以在流程的每一個階段都使用相同的測試工作台。 |
此外，設計人員進行生產測試時更可以使用平台中的FPGA功能，以便進行客製化量測，並且加速即時測驗(圖5)。設計人員可使用PXI平台進行802.11ac標準所需要的一切MIMO測試，並解決802.11ac訊號架構的頻寬需求。
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| 圖5 當進行生產測試時，設計人員可運用平台的FPGA功能以進行客製化量測，加速即時測驗。 |
總歸來說，802.11ac解決方案的多功能框架，讓設計人員由設計到檢驗與確認都能使用相同的IP，從而縮短開發、原型製作、生產與相容性測試之間的轉換週期。解決方案提供射頻模型化作業與模擬功能，並且兼具開放性與彈性，可快速進行客製化FPGA量測。
(本文作者任職於國家儀器AWR事業群)