CPE 是什么东东?

其实在 3G、4G 时代许多人都用过 CPE(customer premise equipment)设备,下图的 MIFI 是否看着眼熟?

 

它的作用就是把 4G LTE 的信号转换为 Wi-Fi 的信号,然后供手机,电脑,和其他的一些支持 Wi-Fi 的终端设备能够联网。简单的理解就是,CPE 就是一种移动数据终端,或者说是一种移动的 Wi-Fi 路由器。那它和普通的家用路由器有啥区别?

 


现在你家的路由器应该是如下图所示的使用方式:

 

 

家中的普通路由器现在一般都是把光纤信号转化为 Wi-Fi 的信号,而 CPE 是直接把基站的信号转化为 Wi-Fi 信号的,当然他们也都可以有有限网 LAN 的接口,支持 IPV6 等网络协议。


CPE 一般分为室内 CPE 和室外 CPE,他们在技术上的区别主要是发射功率和覆盖范围,因此他们的应用也有所不同。


室内 CPE,一般也称为用户标准 CPE,主要用于大家个人的工作和生活;


室外 CPE,一般支持不同的工作模式,如中继模式,网桥模式等,主要被运营商用于不同场所的 WLAN 的组网应用,以扩大 WLAN 网络的有效覆盖,从而增加本身移动网络的覆盖范围,在节省成本的同时,既增加了用户数,也提高了用户体验。

 

支持 Wi-Fi 6 的 CPE 有啥不同?
相对于 Wi-Fi 5 的 CPE,Wi-Fi 6 的 CPE 主要有 7 大不同:

 

 

01 速率不同
如上表,从理论上说,Wi-Fi 6 的路由器相对于 Wi-Fi 5 的路由器,有接近 39%的提升。有人实测发现,支持 Wi-Fi 6 的 iPhone11 系列、三星 Galaxy Note10 系列配合 TL-XDR3020 无线路由器,在室内相比支持 Wi-Fi 5 标准的路由器无线峰值速率最高可提升 67.3%。

 

02 降低延迟,保障多用户接入
用以前的路由器,无论每个用户发送数据包多大,都会占用整个信道,其中数据包括大量管理帧与控制帧。Wi-Fi 6 采用了 OFDMA 技术,将无线信道划分为多个子信道,用户数据可以承载在不同频率资源块上,可降低网络堵塞,提升了数据传输的效率,降低延迟。通信的无线终端数量最多增加到 16 倍。在多用户上网环境时,大幅改善每位用户的平均传输率,平均网络延时降低 75%。

 

03 同时支持上 / 下行的 MU-MIMO 技术
MU-MIMO 技术(正交频分复用技术)支持多用户同时上传和下载,在 Wi-Fi 6 最多允许 8 个终端共享上行、下行的数据包。解决了无线 AP 只能一次和一个终端通信问题,适用于大数据包的并行传输,提升空间分集数据流的利用率及系统容量。

 

04 1024QAM,优化传输效率
Wi-Fi 5 的 256 QAM 增加至 Wi-Fi 6 1024 QAM,主要解决了用户高密度场景下的效率、降低延迟、增大数据吞吐量。 

 

05 具备 TWT 技术,节省耗电量
TWT(Target Wake Time)技术是 Wi-Fi 6 适用于物联网的另一个重要特性。无线 AP 可将不同终端设备分类到不同 TWT 周期。路由器可以单独与每个终端设备协商“唤醒协议”,从而确定多长时间被唤醒。实测表明,TWT 功能将为 IOT 设备节约 30%以上的功耗。

 

06 BSS 着色机制,提升频谱资源利用效率
BSS 着色机制,通过数据包头部 6bits 标签区分是否属于终端自己信息,而无需进行完全解码封装,从而降低同频道干扰并提高效率。

 

07 频段更多
Wi-Fi 6E 拓展了 6G 频段,不久前,美国 FCC 已经批准了 6G 频段(5.925-7.125GHz)为 Wi-Fi 6 的设备所用。欧盟也计划开放其中的部分频段给 Wi-Fi 6,这样,支持 Wi-Fi 6 的 CPE 有了更多的“施展才华”的场地。

 

▲ 连接 Wi-Fi 6 信号和 5G 网络的 CPE 产品

 

另外,随着 5G 网络的发展,支持 Wi-Fi 6 的 CPE 恰逢其时,不少厂家已经发布了支持 Wi-Fi 6 和 5G 的 CPE,如中国的华为 CPE Pro,中兴的 MC801,OPPO 的 CPE T1 以及 Nokia 等其他厂家的产品。这种 CPE 可以把 5G 网络信号转换为 Wi-Fi 6 的信号,以连接支持 Wi-Fi 6 的终端产品。这也正是 Wi-Fi 6 和 5G 相爱相杀的一个“完美”体现。

 

支持 Wi-Fi 6E 的 CPE 如何测试?
在我国,CPE 被定义为一种支持无线传输的移动数据终端。移动数据终端类产品在认证测试上需要进行中国强制认证(3C 证书)以及 SRRC(型号核准)、CTA(进网许可)等。所有这些测试都是以产品本身的性能测试为前提的。对于无线终端来讲,最基础的就是射频性能的测试。


前面提到了很多 Wi-Fi 6E CPE 的优势,这些优势同时也为产品的测试增加了挑战。以我们前面提到的支持 Wi-Fi 6 和 5G 网络的 CPE 来说,除了 Wi-Fi 6 增加的测试挑战之外(了解 Wi-Fi 6 测试本身有哪些挑战,可以参考我们以前的公众号文章或下载我们的应用文档),还有测试 5G 的相关的射频部分,5G 有 sub-6G 频段(FR1)和毫米波频段(FR2)两个频段,需要不同的测试方法和设备,因此复杂性更高。


下面我们以当前较常用的支持 sub-6G 频段 5G 技术和 Wi-Fi 6 技术的 CPE 为例来介绍如何进行测试。

 

▲ Wi-Fi 6 CPE RF 性能测试配置图

 

如上图,CPE 可以理解为是由一个 5G 终端,一个路由器和一个支持 Wi-Fi 6 的 AP 组成的,作为一个整体,对外的接口是 5G 射频部分和 Wi-Fi 部分,射频测试时,主要考虑三个部分:


Wi-Fi AP RF 的测试
该测试部分主要是发射和接收的测试,包括频率,功率,调制以及接收灵敏度,同临道选择性等参数,这些参数都需要在特定的工作模式下完成,如不同的 MIMO 配置, 多用户接入,高阶调制,不同的编码方案等。


5G 终端部分的测试
类似于 Wi-Fi 部分,对 5G 部分的测试,同样需要在不同的工作模式下(如不同的 MiMo 配置),针对不同的频段,对发射频率,功率,调制参数和接收灵敏度等进行测试。


干扰共存测试
对于 sub-6G 频段来说,Wi-Fi 的频段和 5G(如 5G band n41 就在 2.5G 和 Wi-Fi 6 的 2.4G 频段)的频段接近,因此需要测试设备本身两部分的干扰,确保能够正常的工作。


另外,无论是室内的 CPE 还是室外的 CPE,都处在复杂的射频环境中,因此,根据不同的应用场景的需求,也需要对 CPE 与外界设备是否能够共存进行测试。

 

无论是何种测试,都需要设备同时支持 Wi-Fi 6 的测试功能,也需要支持 5G 的测试标准。光是一种测试已经让工程师够头疼的了,两个都需要支持,不但对工程师,这对仪器来讲也绝对是个巨大的挑战。

 

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• 支持 Wi-Fi 6 测试!


• 支持 5G NR 测试!


• Wi-Fi 6 和 5G NR 同时并发测试!

 

CPE MIMO 性能测试举例 
下面给大家展示如何用 S8780A 来进行 CPE 的 MIMO 性能测试。

 

如下图的配置图,用 S8780A 测试支持 Wi-Fi 6 和 5G NR 的 CPE,收发信机#1,#2,#3 和#4 分别连到 Wi-Fi 端的 4 个射频天线端口上来测试 Wi-Fi 6 AP 的 4x4 MIMO 的射频性能;收发信机#3 和#4 分别连接 5G 部分的两个射频天线端口来验证 5G UE 的 2 x 2MIMO 的性能。
在测试的过程中,程序可以调用不同的测试应用,不需要改变硬件连接。

 

 

对于 Wi-Fi 6 发射机测试,把具有频率相干性的四个空间分集信号流发送给测试程序进行分析,得到每个流的测试结果,如下图。 

 

 

对于接收机测试, 应用程序生成 4 个具有频率相干性的四个信号流,然后通过射频端口送给被测件进行测试。 

 

类似,2x2 MIMO 5G UE 测试只需要两个信道,5G NR 测试程序生成 5G NR 信号或者分析 5G 的分集信号流。