破解WiMAX物理層測(cè)試瓶頸
-羅德與施瓦茨中國(guó)有限公司產(chǎn)品支持經(jīng)理 安毅
WiMax技術(shù)的發(fā)展對(duì)WiMax物理層測(cè)試所對(duì)應(yīng)的接收和發(fā)射測(cè)試也提出了更高要求，R&S對(duì)此提供了有針對(duì)性的測(cè)試解決方案。
WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access，它是一種無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)(WMAN)，一個(gè)基站就可為3到10公里半徑范圍內(nèi)的多個(gè)固定用戶提供最大100Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，以及為3公里半徑范圍內(nèi)的多個(gè)移動(dòng)用戶提供最大15Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。WiMAX目前主要有兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是IEEE802.16-2004和IEEE802.16e-2005。IEEE802.16-2004是對(duì)802.16a和802.16d的修訂，主要用于固定寬帶無(wú)線接入，包含OFDM和OFDMA技術(shù)；IEEE802.16e-2005標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，它增加了對(duì)移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入的支持。
物理層測(cè)試
在WiMAX的技術(shù)中，主要采用OFDM技術(shù)作為非視距連接(NLOS)的信號(hào)傳輸方式。眾所周知，OFDM信號(hào)由一些正交的載波構(gòu)成，每個(gè)載波上均進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，與相同數(shù)據(jù)速率的單載波技術(shù)相比，OFDM信號(hào)具有更長(zhǎng)的符號(hào)周期，所以，該技術(shù)具有很強(qiáng)的抗多徑衰落的性能。此外，在載波上應(yīng)用的調(diào)制方式是BPSK、QPSK、16QAM和64QAM，各種調(diào)制根據(jù)傳輸速率的要求自適應(yīng)切換。和無(wú)線局域網(wǎng)WLan相比，WiMAX信號(hào)帶寬不固定，可以從1.25MHz變化到28MHz。在IEEE802.16-2004中，有OFDM和OFDMA兩種模式，在OFDM模式中，具有200個(gè)子載波，并可按TDD或FDD方式工作；在OFDMA模式中，子載波數(shù)目可變，并為每個(gè)用戶分配載波組(子信道)來(lái)傳輸該用戶數(shù)據(jù)，載波數(shù)目大大增加。IEEE802.16e-2005支持移動(dòng)或者漫游寬帶數(shù)據(jù)接入。韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)WiBro是一種特殊的802.16e技術(shù)。
對(duì)于WiMAX設(shè)備而言，物理層測(cè)試(RF測(cè)試)是保證其具有良好質(zhì)量和正常工作的必需手段。測(cè)試主要分為接收機(jī)測(cè)試和發(fā)射機(jī)測(cè)試；除此之外，放大器和其他器件均需要類(lèi)似的測(cè)試過(guò)程。R&S公司根據(jù)WiMAX測(cè)試的需要，推出了相應(yīng)的WiMAX信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)分析的設(shè)備，能對(duì)接收和發(fā)射部分進(jìn)行完備的測(cè)試，以對(duì)WiMAX設(shè)備進(jìn)行全面的評(píng)估。
接收機(jī)測(cè)試
R&S公司的數(shù)字信號(hào)源SMU，SMJ，和SMATE配合相應(yīng)WiMAX選件SMx-K49可以支持各類(lèi)WiMAX信號(hào)的產(chǎn)生，包括信號(hào)幀內(nèi)容配置，信道編碼等。利用該設(shè)備，可以生成所需WiMAX信號(hào)進(jìn)行接收機(jī)的測(cè)試。
WiMAX信號(hào)產(chǎn)生
在SMU中，可以完成IEEE802.16-2004，IEEE802.16e-2005和WiBro信號(hào)的生成。在信號(hào)生成過(guò)程中，根據(jù)測(cè)試的要求，對(duì)信號(hào)各項(xiàng)重要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如物理層模式(OFDM/OFDMA)，雙工方式(TDD/FDD)，上下行，幀結(jié)構(gòu)，Zone/Segment，信號(hào)帶寬，調(diào)制方式，burst類(lèi)型，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，子信道等。
其中，WiMAX信號(hào)生成具有以下特點(diǎn)：OFDMA模式中，支持多達(dá)8個(gè)Zone，每個(gè)Zone可以單獨(dú)進(jìn)行配置，其類(lèi)型可以設(shè)置為FUSC、PUSC、AMC2×3和Sounding。OFDMA模式中，Burst信道編碼支持CC和CTC。
支持空時(shí)編碼，可以選擇MatrixA或MatrixB，再配合SMU雙通道的設(shè)計(jì)概念，可以非常方便地產(chǎn)生經(jīng)過(guò)衰落的發(fā)射分集的兩路信號(hào)。
衰落模擬
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)可以用來(lái)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模型，用戶可直接調(diào)用。
MIMO
MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術(shù)通過(guò)天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用來(lái)增加帶寬利用的效率，在新的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，如802.11n，LTE，WiMAX等，因此，對(duì)于WiMAX的測(cè)試，MIMO是必不可少的部分。
SMU200A具有雙通道的設(shè)計(jì)概念，在每個(gè)通道都能夠獨(dú)立產(chǎn)生所需WiMAX信號(hào)；在具體的WiMAX信號(hào)配置中，支持相應(yīng)的空時(shí)編碼，以區(qū)分不同天線的信號(hào)；此外，SMU200A的衰落模擬器可以分別工作在兩個(gè)通道，兩個(gè)衰落通道可以設(shè)置其相關(guān)性。因此，SMU200A可以完全支持用于發(fā)射分集(2×1)和接收分集(1×2)的測(cè)試。對(duì)于2×2的MIMO或者多于2×2的MIMO，例如beamforming，R&S公司將會(huì)在近期推出基于SMU200A的實(shí)現(xiàn)方案，因此，SMU200A會(huì)支持WiMAX中全面的MIMO測(cè)試。
發(fā)射機(jī)測(cè)試
R&S公司的信號(hào)分析儀FSQ配合相應(yīng)的WiMAX選件FSQ-K93可以進(jìn)行各類(lèi)WiMAX信號(hào)的分析，包括頻域特性，時(shí)域特性和調(diào)制質(zhì)量。利用該設(shè)備，可以進(jìn)行完備的WiMAX發(fā)射機(jī)測(cè)試。在FSQ中，對(duì)WiMAX信號(hào)的分析結(jié)果以數(shù)值列表方式顯示。
在數(shù)值列表中，包括了EVM、IQ不理想性、頻域和時(shí)域功率、符號(hào)時(shí)鐘誤差、頻率誤差、CINR、RSSI、Crest Factor和導(dǎo)頻BER等參數(shù)測(cè)試結(jié)果。此外，F(xiàn)SQ還提供了眾多分析參數(shù)的圖形結(jié)果顯示，包括了：EVM對(duì)應(yīng)于符號(hào)和載波的變化，相位頻率誤差對(duì)應(yīng)于Preamble的變化，頻譜平坦度，群延時(shí)，星座圖，bit流，Burst統(tǒng)計(jì)信息，頻譜發(fā)射模板(IEEE，ETSI)，鄰信道功率和CCDF等。
此外，F(xiàn)SQ還具有以下特點(diǎn)：對(duì)于802.16e-2005的OFDMA信號(hào)，F(xiàn)SQ支持自動(dòng)解調(diào)，即FSQ可以自動(dòng)分析信號(hào)中所包含的MapBurst的信息，從而無(wú)需手動(dòng)配置所分析信號(hào)的幀內(nèi)容而自動(dòng)獲得解調(diào)分析結(jié)果。FSQ可以從信號(hào)源(例如SMU200A)通過(guò)LAN自動(dòng)加載WiMAX信號(hào)的配置文件，從而使得分析過(guò)程變得更為簡(jiǎn)單，尤其適用于放大器等器件的測(cè)試。并且，R&S將于近期推出針對(duì)MIMO測(cè)試的信號(hào)分析方案，甚至包括了相位相干的多通道分析功能。可見(jiàn)，信號(hào)分析儀FSQ可以對(duì)各類(lèi)WiMAX信號(hào)進(jìn)行分析，從而對(duì)WiMAX發(fā)射機(jī)的質(zhì)量作出全面的評(píng)估。
WiMax技術(shù)的發(fā)展對(duì)WiMax物理層測(cè)試所對(duì)應(yīng)的接收和發(fā)射測(cè)試也提出了更高要求，R&S對(duì)此提供了有針對(duì)性的測(cè)試解決方案。
WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access，它是一種無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)(WMAN)，一個(gè)基站就可為3到10公里半徑范圍內(nèi)的多個(gè)固定用戶提供最大100Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，以及為3公里半徑范圍內(nèi)的多個(gè)移動(dòng)用戶提供最大15Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。WiMAX目前主要有兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是IEEE802.16-2004和IEEE802.16e-2005。IEEE802.16-2004是對(duì)802.16a和802.16d的修訂，主要用于固定寬帶無(wú)線接入，包含OFDM和OFDMA技術(shù)；IEEE802.16e-2005標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，它增加了對(duì)移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入的支持。
物理層測(cè)試
在WiMAX的技術(shù)中，主要采用OFDM技術(shù)作為非視距連接(NLOS)的信號(hào)傳輸方式。眾所周知，OFDM信號(hào)由一些正交的載波構(gòu)成，每個(gè)載波上均進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，與相同數(shù)據(jù)速率的單載波技術(shù)相比，OFDM信號(hào)具有更長(zhǎng)的符號(hào)周期，所以，該技術(shù)具有很強(qiáng)的抗多徑衰落的性能。此外，在載波上應(yīng)用的調(diào)制方式是BPSK、QPSK、16QAM和64QAM，各種調(diào)制根據(jù)傳輸速率的要求自適應(yīng)切換。和無(wú)線局域網(wǎng)WLan相比，WiMAX信號(hào)帶寬不固定，可以從1.25MHz變化到28MHz。在IEEE802.16-2004中，有OFDM和OFDMA兩種模式，在OFDM模式中，具有200個(gè)子載波，并可按TDD或FDD方式工作；在OFDMA模式中，子載波數(shù)目可變，并為每個(gè)用戶分配載波組(子信道)來(lái)傳輸該用戶數(shù)據(jù)，載波數(shù)目大大增加。IEEE802.16e-2005支持移動(dòng)或者漫游寬帶數(shù)據(jù)接入。韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)WiBro是一種特殊的802.16e技術(shù)。
對(duì)于WiMAX設(shè)備而言，物理層測(cè)試(RF測(cè)試)是保證其具有良好質(zhì)量和正常工作的必需手段。測(cè)試主要分為接收機(jī)測(cè)試和發(fā)射機(jī)測(cè)試；除此之外，放大器和其他器件均需要類(lèi)似的測(cè)試過(guò)程。R&S公司根據(jù)WiMAX測(cè)試的需要，推出了相應(yīng)的WiMAX信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)分析的設(shè)備，能對(duì)接收和發(fā)射部分進(jìn)行完備的測(cè)試，以對(duì)WiMAX設(shè)備進(jìn)行全面的評(píng)估。
接收機(jī)測(cè)試
R&S公司的數(shù)字信號(hào)源SMU，SMJ，和SMATE配合相應(yīng)WiMAX選件SMx-K49可以支持各類(lèi)WiMAX信號(hào)的產(chǎn)生，包括信號(hào)幀內(nèi)容配置，信道編碼等。利用該設(shè)備，可以生成所需WiMAX信號(hào)進(jìn)行接收機(jī)的測(cè)試。
WiMAX信號(hào)產(chǎn)生
在SMU中，可以完成IEEE802.16-2004，IEEE802.16e-2005和WiBro信號(hào)的生成。在信號(hào)生成過(guò)程中，根據(jù)測(cè)試的要求，對(duì)信號(hào)各項(xiàng)重要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如物理層模式(OFDM/OFDMA)，雙工方式(TDD/FDD)，上下行，幀結(jié)構(gòu)，Zone/Segment，信號(hào)帶寬，調(diào)制方式，burst類(lèi)型，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，子信道等。
其中，WiMAX信號(hào)生成具有以下特點(diǎn)：OFDMA模式中，支持多達(dá)8個(gè)Zone，每個(gè)Zone可以單獨(dú)進(jìn)行配置，其類(lèi)型可以設(shè)置為FUSC、PUSC、AMC2×3和Sounding。OFDMA模式中，Burst信道編碼支持CC和CTC。
支持空時(shí)編碼，可以選擇MatrixA或MatrixB，再配合SMU雙通道的設(shè)計(jì)概念，可以非常方便地產(chǎn)生經(jīng)過(guò)衰落的發(fā)射分集的兩路信號(hào)。
衰落模擬
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)可以用來(lái)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模型，用戶可直接調(diào)用。
MIMO
MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術(shù)通過(guò)天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用來(lái)增加帶寬利用的效率，在新的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，如802.11n，LTE，WiMAX等，因此，對(duì)于WiMAX的測(cè)試，MIMO是必不可少的部分。
SMU200A具有雙通道的設(shè)計(jì)概念，在每個(gè)通道都能夠獨(dú)立產(chǎn)生所需WiMAX信號(hào)；在具體的WiMAX信號(hào)配置中，支持相應(yīng)的空時(shí)編碼，以區(qū)分不同天線的信號(hào)；此外，SMU200A的衰落模擬器可以分別工作在兩個(gè)通道，兩個(gè)衰落通道可以設(shè)置其相關(guān)性。因此，SMU200A可以完全支持用于發(fā)射分集(2×1)和接收分集(1×2)的測(cè)試。對(duì)于2×2的MIMO或者多于2×2的MIMO，例如beamforming，R&S公司將會(huì)在近期推出基于SMU200A的實(shí)現(xiàn)方案，因此，SMU200A會(huì)支持WiMAX中全面的MIMO測(cè)試。
發(fā)射機(jī)測(cè)試
R&S公司的信號(hào)分析儀FSQ配合相應(yīng)的WiMAX選件FSQ-K93可以進(jìn)行各類(lèi)WiMAX信號(hào)的分析，包括頻域特性，時(shí)域特性和調(diào)制質(zhì)量。利用該設(shè)備，可以進(jìn)行完備的WiMAX發(fā)射機(jī)測(cè)試。在FSQ中，對(duì)WiMAX信號(hào)的分析結(jié)果以數(shù)值列表方式顯示。
在數(shù)值列表中，包括了EVM、IQ不理想性、頻域和時(shí)域功率、符號(hào)時(shí)鐘誤差、頻率誤差、CINR、RSSI、Crest Factor和導(dǎo)頻BER等參數(shù)測(cè)試結(jié)果。此外，F(xiàn)SQ還提供了眾多分析參數(shù)的圖形結(jié)果顯示，包括了：EVM對(duì)應(yīng)于符號(hào)和載波的變化，相位頻率誤差對(duì)應(yīng)于Preamble的變化，頻譜平坦度，群延時(shí)，星座圖，bit流，Burst統(tǒng)計(jì)信息，頻譜發(fā)射模板(IEEE，ETSI)，鄰信道功率和CCDF等。
此外，F(xiàn)SQ還具有以下特點(diǎn)：對(duì)于802.16e-2005的OFDMA信號(hào)，F(xiàn)SQ支持自動(dòng)解調(diào)，即FSQ可以自動(dòng)分析信號(hào)中所包含的MapBurst的信息，從而無(wú)需手動(dòng)配置所分析信號(hào)的幀內(nèi)容而自動(dòng)獲得解調(diào)分析結(jié)果。FSQ可以從信號(hào)源(例如SMU200A)通過(guò)LAN自動(dòng)加載WiMAX信號(hào)的配置文件，從而使得分析過(guò)程變得更為簡(jiǎn)單，尤其適用于放大器等器件的測(cè)試。并且，R&S將于近期推出針對(duì)MIMO測(cè)試的信號(hào)分析方案，甚至包括了相位相干的多通道分析功能。可見(jiàn)，信號(hào)分析儀FSQ可以對(duì)各類(lèi)WiMAX信號(hào)進(jìn)行分析，從而對(duì)WiMAX發(fā)射機(jī)的質(zhì)量作出全面的評(píng)估。
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