如何實(shí)現(xiàn)移動(dòng)WiMAX設(shè)備的物理測(cè)試? - 全文

　　最新版的WiMAX標(biāo)準(zhǔn)可以提供讓用戶(hù)自由移動(dòng)所需的移動(dòng)服務(wù)。當(dāng)然，正如任何新的技術(shù)都會(huì)帶來(lái)硬件測(cè)試需求一樣，在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，需要進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證和針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的一致性測(cè)試；在產(chǎn)品線(xiàn)上，需要進(jìn)行查錯(cuò)和維護(hù)操作。正確和精確的測(cè)試有助于確保來(lái)自各個(gè)制造商的WiMAX設(shè)備之間具有完善的互操作性。

　　由于WiMAX解決方案主要用于城域?qū)拵o(wú)線(xiàn)接入（BWA）應(yīng)用，因此必須克服由于大樓和其它障礙物引起的多徑效應(yīng)。正是基于這個(gè)原因，業(yè)界開(kāi)發(fā)出了正交頻分復(fù)用（OFDM）版本的WiMAX用于固定WiMAX，移動(dòng)WiMAX則采用正交頻分多路接入（OFDMA）技術(shù)，這種技術(shù)是多用戶(hù)版的OFDM。與TDMA相比，它可以給多個(gè)用戶(hù)更靈活地分配帶寬，并能提供更低的延時(shí)。

　　移動(dòng)WiMAX的信道帶寬與固定WiMAX非常相似，而且兩者共享調(diào)制類(lèi)型。兩者之間的關(guān)鍵區(qū)別是移動(dòng)WiMAX必須能夠切換用戶(hù)連接，并在不同基站和覆蓋區(qū)域內(nèi)保持連接。固定WiMAX和移動(dòng)WiMAX之間的比較見(jiàn)表1。

　　在采用OFDM的WiMAX系統(tǒng)中使用了許多不同的調(diào)制格式，每種調(diào)制方案都適應(yīng)特定的傳輸要求。采用這種自適應(yīng)的調(diào)制方案后，在20MHz帶寬內(nèi)最高可提供73Mb/s的傳送速率。在固定WiMAX系統(tǒng)中使用的OFDM符號(hào)采用反向256點(diǎn)快速傅里葉變換（FFT）實(shí)現(xiàn)頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換，而OFDMA版本則使用從128到2048（256除外）可變大小的FFT。

　　OFDM WiMAX中的每個(gè)用戶(hù)都可以在任何給定時(shí)間點(diǎn)使用所有子載波。而在OFDMA中，子載波的子集被分配給多個(gè)用戶(hù)，因此能讓許多用戶(hù)同時(shí)獲得服務(wù)。被稱(chēng)為子信道化的技術(shù)則針對(duì)每個(gè)用戶(hù)使用特殊載波群。為了克服多徑干擾效應(yīng)，這些子載波分配是動(dòng)態(tài)變化的。

　　WiMAX系統(tǒng)可以采用時(shí)分復(fù)用（TDD）、頻分復(fù)用（FDD）或半雙工FDD配置方案。在TDD方案中，基站（BS）和用戶(hù)臺(tái)（SS）都用相同的頻率發(fā)送，但在時(shí)間上分開(kāi)來(lái)。基站發(fā)送一個(gè)下行鏈路的子幀，緊跟著是一個(gè)叫做發(fā)送/接收轉(zhuǎn)換間隙（TTG）的短暫間隙，然后再由單個(gè)用戶(hù)發(fā)送上行鏈路的子幀。用戶(hù)是被精確同步的，因此他們的傳送信號(hào)在到達(dá)基站時(shí)相互間不會(huì)重疊。在所有的上行鏈路子幀發(fā)送完之后，在基站再次開(kāi)始發(fā)送之前，系統(tǒng)會(huì)分配另一個(gè)叫做接收/發(fā)送轉(zhuǎn)換間隙（RTG）的短暫間隙。每個(gè)用戶(hù)上行鏈路子幀的開(kāi)始都有一個(gè)前導(dǎo)碼，可以幫助基站同步每個(gè)用戶(hù)站。

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　　表1：移動(dòng)WiMAX與固定WiMAX的比較。

　　在韓國(guó)，移動(dòng)WiMAX被稱(chēng)為WiBro，即無(wú)線(xiàn)寬帶的簡(jiǎn)稱(chēng)。WiBro采用與移動(dòng)WiMAX相同的IEEE 802.16e-2005標(biāo)準(zhǔn)，但在相對(duì)于基站的用戶(hù)速度性能方面略有增強(qiáng)。WiBro只使用TDD和8.75MHz的最大信道帶寬。使用2.3GHz頻段的WiBro可以與WiMAX設(shè)備互操作，在韓國(guó)將成為電纜、DSL和WLAN的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　信號(hào)測(cè)試

　　為了評(píng)估WiMAX接收器和器件，需要用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的已知測(cè)試信號(hào)代替WiMAX發(fā)送器發(fā)出的信號(hào)。為了模擬用于接收器評(píng)估的信號(hào)，信號(hào)發(fā)生器必須向被測(cè)設(shè)備提供能夠完全匹配WiMAX標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)要求的頻率范圍、調(diào)制類(lèi)型和調(diào)制帶寬。由于WiMAX信號(hào)具有突發(fā)特性，從突發(fā)信號(hào)的起始（前導(dǎo)）到突發(fā)數(shù)據(jù)的信號(hào)幅度是不同的，因此用于WiMAX接收器測(cè)試的信號(hào)發(fā)生器也應(yīng)提供可編程的功率控制來(lái)模仿WiMAX信號(hào)的這種動(dòng)態(tài)功率特征。它還必須能夠精確測(cè)量誤碼率（BER）。

　　一旦WiMAX測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生后，就必須對(duì)它們進(jìn)行分析。測(cè)試基站單元或便攜式設(shè)備的移動(dòng)WiMAX性能需要使用一臺(tái)信號(hào)分析儀，如安立公司的Signature MS2781B高性能信號(hào)分析儀（圖1）。這種儀器需要仿效IEEE 802.16e基站的工作，因?yàn)榉治鰞x必須能夠檢測(cè)和記錄WiMAX系統(tǒng)使用的整個(gè)頻率范圍和全部調(diào)制格式。

　　在需要節(jié)省獨(dú)立分析儀和信號(hào)發(fā)生器占用空間的生產(chǎn)環(huán)境中，也可以使用實(shí)際功能相當(dāng)于一臺(tái)分析儀和一臺(tái)發(fā)生器的單一測(cè)量工具，如安立公司的MS269xA系列產(chǎn)品。MS2690A是專(zhuān)門(mén)針對(duì)移動(dòng)WiMAX測(cè)試的嚴(yán)格要求開(kāi)發(fā)的，具有創(chuàng)新的基礎(chǔ)頻率下變頻轉(zhuǎn)換機(jī)制，因此不需要使用50Hz到6GHz頻率范圍內(nèi)的預(yù)選濾波電路。MS2691A中包含有一個(gè)頻率范圍高達(dá)13.5GHz的預(yù)選器。

　　發(fā)送器測(cè)量

　　移動(dòng)WiMAX發(fā)送器需要做哪些測(cè)試呢？由WiMAX標(biāo)準(zhǔn)定義的發(fā)送器測(cè)試項(xiàng)目包括了最大輸出功率、發(fā)送器頻譜平坦度、發(fā)送器相對(duì)星座誤差（RCE）和誤差向量幅度（EVM）、發(fā)送器功率電平控制、發(fā)射頻譜抑制（針對(duì)未許可頻段）、相鄰信道功率比（ACPR）、雜散電平以及諧波電平。

　　許可機(jī)構(gòu)一般都頒布針對(duì)其領(lǐng)域中具有特殊要求的頻譜抑制。有了寬帶信號(hào)分析儀后，這些WiMAX射頻發(fā)送器的所有測(cè)量項(xiàng)目都可以做，包括頻率、功率電平、干擾和調(diào)制質(zhì)量的測(cè)試。由于WiMAX系統(tǒng)非常依賴(lài)于精確數(shù)字調(diào)制和解調(diào)功能，因此許多表征移動(dòng)WiMAX設(shè)備發(fā)送器的測(cè)量與調(diào)制質(zhì)量有關(guān)。

　　為了避免干擾，發(fā)送信道必須保持在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，并采用規(guī)定的功率電平。因此兩個(gè)更基本的WiMAX發(fā)送器測(cè)量與表征WiMAX設(shè)備發(fā)送信號(hào)的頻率和功率有關(guān)。因?yàn)閃iMAX信號(hào)采用突發(fā)方式發(fā)送信號(hào)，因此對(duì)頻率精度的發(fā)送器測(cè)試要求信號(hào)分析儀具有足夠的瞬時(shí)帶寬來(lái)捕捉感興趣的全部信號(hào)。表2給出了針對(duì)各種WiMAX工作頻率范圍和標(biāo)準(zhǔn)的信道帶寬。

　　表2：不同WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)比較。

　　頻率精度測(cè)量要求WiMAX信號(hào)在測(cè)量之前先要解調(diào)。相關(guān)WiMAX規(guī)范要求WiMAX發(fā)送器的頻率容限為設(shè)置頻率的2ppm以?xún)?nèi)，這對(duì)3.5GHz WiMAX器件來(lái)說(shuō)相當(dāng)于7kHz。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)對(duì)支持Mesh網(wǎng)絡(luò)的器件的要求略松一點(diǎn)，其要求為設(shè)置頻率的20ppm。

　　在功率方面重要的是要記住WiMAX設(shè)備是以幀的形式發(fā)送信號(hào)，信號(hào)幅度從一幀的開(kāi)始到結(jié)束是不斷變化的。例如一幀的開(kāi)始或前導(dǎo)碼的功率一般要比數(shù)據(jù)部分高3dB。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)要求基本的WiMAX功率測(cè)量結(jié)果位于±0.5dB的相對(duì)幅度精度內(nèi)。

　　在WiMAX突發(fā)信號(hào)中使用了接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI），不過(guò)只是位于突發(fā)信號(hào)的前導(dǎo)部分。由于WiMAX突發(fā)信號(hào)的復(fù)雜性，必須使用一臺(tái)以上的普通功率計(jì)才能實(shí)現(xiàn)精確的功率測(cè)量。另外，由于WiMAX信號(hào)調(diào)制帶寬比較寬，因此不可能用傳統(tǒng)的頻譜分析儀評(píng)估它們的調(diào)制質(zhì)量。相反，精確的WiMAX發(fā)送器測(cè)量應(yīng)該使用可編程的信號(hào)分析儀和應(yīng)用軟件。

　　由于WiMAX信號(hào)的突發(fā)性，更先進(jìn)的固定和移動(dòng)WiMAX發(fā)送器測(cè)量經(jīng)常表現(xiàn)為時(shí)間的函數(shù)。發(fā)送器質(zhì)量測(cè)量包括接收到的時(shí)間信號(hào)、EVM/RCE、頻譜平坦度、相對(duì)時(shí)間的EVM、相鄰信道的功率比（ACPR）、相鄰信道的頻譜平坦度、功率譜密度（PSD）以及累積互補(bǔ)分布函數(shù)（CCDF）。

　　WiMAX接收器的測(cè)試方法與發(fā)送器測(cè)試相類(lèi)似，但用了高性能信號(hào)發(fā)生器代替WiMAX系統(tǒng)的正常發(fā)送器。典型的WiMAX接收器測(cè)量包括靈敏度、最大輸入電平、相鄰信道和交織信道抑制、參考時(shí)序精度、BER和用戶(hù)站上行鏈路發(fā)送時(shí)間跟蹤精度，它與指示用戶(hù)站改變時(shí)序的參考時(shí)序精度相類(lèi)似。

　　圖1：安立公司的Signature MS2781B高性能信號(hào)分析儀。

　　結(jié)果評(píng)估

　　如果不能解釋測(cè)試結(jié)果，即使再優(yōu)秀的測(cè)量功能也沒(méi)有意義。由于IEEE 802.16e-2005 OFDMA信號(hào)非常復(fù)雜，而為了執(zhí)行眾多的移動(dòng)WiMAX發(fā)送器測(cè)量又需要精確的數(shù)字解調(diào)，因此很容易遺漏問(wèn)題或錯(cuò)誤理解測(cè)試結(jié)果。例如定義不正確的突發(fā)數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中的解調(diào)失敗。

　　為了盡可能提高WiMAX測(cè)量的精度，需要關(guān)注測(cè)試細(xì)節(jié)和聲波測(cè)量操作。幸運(yùn)的是，高性能測(cè)量工具提供的高等級(jí)性能和內(nèi)置測(cè)量功能可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)估全球移動(dòng)和固定WiMAX發(fā)送器與接收器所需的復(fù)雜測(cè)量。