WiMAX技術(shù)及射頻模塊測(cè)試方案

　　圖4 在FSQ上進(jìn)行WiMAX頻譜和星座圖測(cè)試界面

　　2.2 WiMAX接收機(jī)測(cè)試

　　為了測(cè)試WiMAX接收機(jī)的性能，尤其是802.16e，衰落環(huán)境下的測(cè)試顯得尤為重要。SMU200A內(nèi)置了衰落模擬器，可以模擬單通道40徑或者雙通道20徑的衰落環(huán)境，每個(gè)路徑均可進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，如損耗、延時(shí)、移動(dòng)速度、多普勒頻移等。目前，SUI(Stanford University Interim)模型(SUI1-SUI6)和ITU(國際電信聯(lián)盟)模型(OIP-A/B和V-A)可以用來進(jìn)行相關(guān)的WiMAX衰落測(cè)試。在SMU200A的衰落模擬器中，預(yù)定義了SUI和ITU模型，用戶可直接調(diào)用。

　　使用傳統(tǒng)的測(cè)試方法測(cè)試MIMO的性能需要兩個(gè)信號(hào)源和相應(yīng)的衰落模擬器。但由于SMU200A(或者基帶源AMU200A)可以提供兩路完全獨(dú)立的基帶和射頻通道，因此只需一臺(tái)儀器就實(shí)現(xiàn)MIMO測(cè)試。每路信號(hào)可以模擬4個(gè)衰落通道，并針對(duì)WiMAX提供了空時(shí)編碼。R&S的單臺(tái)儀器解決方案，不僅節(jié)約了空間和成本，而且對(duì)于兩路信號(hào)及衰落通道的同步和合成提供了方便的設(shè)置和準(zhǔn)確的精度。此外，直觀的操作界面也大大方便了操作(見圖5)。

　　圖5 R&S SMU200A的MIMO接收機(jī)測(cè)試界面

　　3 WiMAX整機(jī)射頻一致性測(cè)試

　　3.1 WiMAX射頻一致性認(rèn)證測(cè)試簡介

　　WiMAX論壇的目標(biāo)是把IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的應(yīng)用。它是由制造商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商組成的業(yè)界協(xié)會(huì)，處理除了純技術(shù)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)以外的WiMAX其他所有相關(guān)方面。對(duì)WiMAX基站和終端的產(chǎn)品認(rèn)證是論壇的一個(gè)重要工作。它的目標(biāo)是保證WiMAX服務(wù)在全球的可用性和可靠性。一個(gè)相關(guān)的認(rèn)證工作組CWG負(fù)責(zé)如下相關(guān)的工作：定義認(rèn)證和測(cè)試過程;列出需要的測(cè)試用例清單;選擇測(cè)試機(jī)構(gòu);選擇一致性測(cè)試系統(tǒng)等。

　　WiMAX產(chǎn)品需要測(cè)試滿足3個(gè)條件，即協(xié)議一致性、無線射頻一致性和互操作性。對(duì)于最后一項(xiàng)條件，來自不同制造商的產(chǎn)品需要在一個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行互操作性測(cè)試和性能評(píng)估。前兩項(xiàng)測(cè)試條件需要特殊的測(cè)試系統(tǒng)。WiMAX的相關(guān)測(cè)試規(guī)范是技術(shù)工作組(TWG)制定的，其中一個(gè)重要的射頻一致性測(cè)試規(guī)范RCT(Radio Conformance Test Specification)規(guī)定了收發(fā)信機(jī)的基帶和射頻信號(hào)測(cè)試流程和測(cè)試條件，用于測(cè)試射頻接口與WiMAX規(guī)范的實(shí)現(xiàn)一致性程度。

　　根據(jù)WiMAX參數(shù)，射頻測(cè)試主要是對(duì)WiMAX技術(shù)物理層的關(guān)鍵指標(biāo)和性能進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，一般按照基站側(cè)和終端側(cè)進(jìn)行區(qū)分，并且在每一側(cè)都分別對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試。具體而言，射頻參數(shù)測(cè)試中的核心內(nèi)容通常包括接收機(jī)的靈敏度，CP值和幀定時(shí);發(fā)射機(jī)的循環(huán)前綴與符號(hào)定時(shí)、調(diào)制與編碼、頻譜平坦度、功率控制、相對(duì)星座圖誤差、頻譜模板等內(nèi)容。需要注意的是，射頻參數(shù)測(cè)試不僅應(yīng)該參考WiMAX認(rèn)證RCT文檔的要求，而且對(duì)于發(fā)射機(jī)的功率要求、雜散等具體的地區(qū)性指標(biāo)，還需要符合所在地區(qū)無線電管理部門的規(guī)定，即一般所說的要通過頻率核準(zhǔn)的測(cè)試。

　　對(duì)接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試指標(biāo)包括接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍;對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試指標(biāo)包括開環(huán)輸出功率范圍，閉環(huán)功率控制范圍，最大射頻輸出功率，最小受控輸出功率，待機(jī)輸出功率，DRC信道輸出功率，ACK信道輸出功率，數(shù)據(jù)信道輸出功率，發(fā)射機(jī)傳導(dǎo)性雜散發(fā)射，調(diào)制性能等;最后，還包括終端的吞吐率性能測(cè)試，包括上行和下行吞吐率測(cè)試。

　　3.2 R&S TS8970 WiMAX射頻一致性認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)

　　WiMAX論壇選擇了R&S公司的TS8970測(cè)試系統(tǒng)作為IEEE802.16e-2005移動(dòng)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的無線射頻一致性測(cè)試系統(tǒng)(見圖6)。在2006年5月韓國和維也納的WiMAX會(huì)議上，R&S第一次推出了這套系統(tǒng)。伴隨著WiMAX論壇正在進(jìn)行的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作，R&S也正在TS8970系統(tǒng)上實(shí)行所有必須的測(cè)試用例。

　　圖6 R&S WiMAX射頻一致性認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)

　　R&S TS8970系統(tǒng)是基于R&S公司高端儀表的基礎(chǔ)上，采用了信號(hào)源SMU200A及其選件SMx-K49作為信號(hào)產(chǎn)生部分，信號(hào)分析儀FSQ及其選件FSQ-K93作為信號(hào)分析部分，所需的信令連接部分采用了一個(gè)OEM的基站和終端模擬器。同時(shí)，還有一個(gè)全自動(dòng)的射頻開關(guān)矩陣，它的頻率達(dá)到6GHz，可以保證測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)件之間每個(gè)測(cè)試用例要求的信號(hào)轉(zhuǎn)換通路。

　　與R&S TS895x 2G和3G移動(dòng)通信的認(rèn)證系統(tǒng)一樣，R&S TS8970系統(tǒng)使用了可靠的RS-PASS控制軟件。由于它具有模塊化和獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，整個(gè)軟件可以在TS8970中迅速實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)特定的一些應(yīng)用，如全自動(dòng)的射頻路徑校準(zhǔn)補(bǔ)償、系統(tǒng)自檢程序和所有的管理、控制程序(如版本瀏覽器、測(cè)試用例和測(cè)試序列編輯器、測(cè)試參數(shù)和結(jié)果管理)，這些都可以直接使用，不需要做改變。此外，最初的WiMAX指定的一些測(cè)試用例可以使用一些RS-PASS基本程序來開發(fā)。而且，R&S TS8970是第一套全部使用以太網(wǎng)控制的測(cè)試系統(tǒng)。

　　4 WiMAX終端無線測(cè)試儀CMW270

　　在生產(chǎn)測(cè)試方面，R&S最新推出了集非信令測(cè)試和信令測(cè)試于一體的WiMAX802.16e終端無線測(cè)試儀CMW270，可以滿足用戶在非信令模式測(cè)量，信令模式測(cè)量和功能驗(yàn)證，校準(zhǔn)、服務(wù)和質(zhì)量保證等各種WiMAX測(cè)試領(lǐng)域的需求(見圖7)。

　　圖7 WiMAX終端無線測(cè)試儀CMW270

　　對(duì)于在非信令模式下射頻測(cè)量方面，CMW270可以提供快速的發(fā)射機(jī)測(cè)量，測(cè)試發(fā)射機(jī)的突發(fā)功率，鄰信道功率ACP，EVM和IQ不平衡度等調(diào)制指標(biāo)，中心頻率誤差，頻譜平坦度，頻譜雜散模版等頻譜性能。并內(nèi)置了ARB信號(hào)源用于接收機(jī)測(cè)量，測(cè)試接收機(jī)在保持一定的PER或BER情況下的接收機(jī)靈敏度和最大輸入電平等指標(biāo)。此外，CMW270內(nèi)置了通用的RF信號(hào)源和RF功率計(jì)，可以完成如外部射頻電纜校準(zhǔn)等通用測(cè)量功能。

　　對(duì)于信令模式下的射頻驗(yàn)證，CMW270可以提供實(shí)時(shí)信令，從而可以作為一個(gè)基站模擬器使用。此時(shí)的WiMAX終端可以像在一個(gè)實(shí)際的WiMAX網(wǎng)絡(luò)中一樣進(jìn)行操作，修改一些必要的發(fā)射參數(shù)，模擬各種復(fù)雜的測(cè)試場景進(jìn)行測(cè)試。例如，測(cè)量載波干擾噪聲信號(hào)比CINR和接收信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI等指標(biāo)，以及開機(jī)搜索、功率控制等物理層和MAC層功能的驗(yàn)證。

　　對(duì)于質(zhì)量保證和服務(wù)等方面的應(yīng)用，用戶也可以通過外部的顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤來進(jìn)行手工操作，完成儀器所有的設(shè)置和測(cè)量。

　　由于具有實(shí)時(shí)信令模擬的能力，CMW270可以測(cè)試不同芯片廠商的終端而不需要特殊的測(cè)試模式接口，從而大大降低了測(cè)試時(shí)間和測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜度。由于儀器體積小巧，CMW270可以很方便地集成到生產(chǎn)線中去，并且可以通過LAN，IEC/IEEE總線或者USB2.0接口來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

　　CMW270的頻率范圍從100MHz~6GHz，并且具有高信號(hào)質(zhì)量和精度，包括QPSK和QAM等各種調(diào)制方式和從1/2，2/3到3/4各種信道編碼方式，從而可以滿足目前WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的各種要求。

　　更進(jìn)一步，CMW270采用了模塊化的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，從而可以輕松地適應(yīng)未來IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)。內(nèi)部的測(cè)量和信令功能是由可編程邏輯器件FPGA和數(shù)字信號(hào)處理器DSP來完成的，從而可以通過固件升級(jí)的方式來輕松升級(jí)，適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的變化。

　　CMW270還提供了應(yīng)用測(cè)試的功能，通過在各種不同的測(cè)試場景下外部PC發(fā)送和接收TCP/IP數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)或語音)來測(cè)試數(shù)據(jù)吞吐量。

　　由于其快速的測(cè)量能力、高精確度和面向未來的平臺(tái)設(shè)計(jì)理念，R&S CMW270為用戶提供了WiMAX 移動(dòng)終端的高性能、低成本的測(cè)試解決方案。

　　5 WiMAX無線覆蓋測(cè)試系統(tǒng)TSMW

　　在完成了WiMAX的網(wǎng)絡(luò)部署之后，就要對(duì)WiMAX的網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行測(cè)量并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中存在的干擾進(jìn)行測(cè)試，結(jié)合WiMAX終端還可以在現(xiàn)網(wǎng)中測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的QoS。R&S針對(duì)802.16e使用TSMW網(wǎng)絡(luò)掃頻儀對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋測(cè)量以及干擾分析。通過Romes路測(cè)軟件的控制，可以解析出針對(duì)ID Cell和PA Index對(duì)小區(qū)進(jìn)行覆蓋測(cè)量。輸出Preamble的覆蓋質(zhì)量(CINR)和覆蓋電平(RSSI)參數(shù)。同時(shí)，TSMW還可以對(duì)每個(gè)ID Cell的多徑進(jìn)行測(cè)量，這樣輸出結(jié)果不僅包括了所有多徑的合成功率，還針對(duì)每路多徑分別給出RSSI和CINR。由于TSMW可以對(duì)每個(gè)Segment的所有小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，因此可以通過該功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之后的頻率優(yōu)化。

　　TSMW本身為獨(dú)立雙端口接收機(jī)設(shè)置，單一通道有20MHz的帶寬，因此在設(shè)備的研發(fā)初期就考慮了對(duì)MIMO的支持(見圖8)。它的頻段范圍可以達(dá)到6GHz，滿足所有的頻段需求，內(nèi)置12通道高靈敏度GPS接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量同GSS系統(tǒng)的完美結(jié)合。它在射頻性能上表現(xiàn)尤其突出，內(nèi)置預(yù)選器，可以提高對(duì)于接收系統(tǒng)干擾的抑制和儀表本身的動(dòng)態(tài)范圍，噪聲系數(shù)極低，極大地提高了儀表的底噪指標(biāo)。并且提供的IQ數(shù)據(jù)直接獲取也給研發(fā)階段一些非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的分析提供了可能。

　　圖8 WiMAX無線覆蓋測(cè)試系統(tǒng)TSMW

　　6 結(jié)束語

　　在產(chǎn)品研發(fā)階段，R&S WiMAX射頻儀器強(qiáng)大的功能和出色的性能確保廠商能及時(shí)、準(zhǔn)確地驗(yàn)證其射頻模塊和部件;在產(chǎn)品認(rèn)證階段，R&S利用其在移動(dòng)通信一致性認(rèn)證測(cè)試中的領(lǐng)先地位，率先提供了TS8970以滿足WiMAX整機(jī)射頻一致性測(cè)試的需求;在生產(chǎn)測(cè)試階段，R&S有集WiMAX信令和非信令模式于一體的的生產(chǎn)測(cè)試解決方案——WiMAX終端無線測(cè)試儀CMW270，從而提供了從研發(fā)、認(rèn)證到生產(chǎn)的全系列測(cè)試解決方案。