移動(dòng)WiMax參數(shù)分析及射頻測試

WiMax技術(shù)要想得到市場的認(rèn)可，就要在具體的應(yīng)用場景中展現(xiàn)出自己的優(yōu)勢，這就需要應(yīng)用測試來衡量系統(tǒng)的性能參數(shù)。根據(jù)WiMax論壇設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)和測試要求，WiMax測試方法分為三部分:協(xié)議分析、射頻分析和傳輸性能分析。主要介紹了移動(dòng)WIMAX的參數(shù)，并介紹了802.16d(2004)和802.16e(2005)標(biāo)準(zhǔn)信號的一些射頻性能測試。

WiMAX簡介

WiMAX，即微波接入全球互通，是WiMAX論壇在IEEE定義的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，遵循WiFi在全球市場的成功模式定義的。82.16最初被設(shè)計(jì)為固定無線傳輸?shù)膶拵Ъ夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2005年12月7日，最終被凍結(jié)的802.16e(官方稱為802.16-2005)在原有802.16d的基礎(chǔ)上增加了移動(dòng)性，保證了802.16e接入設(shè)備可以在基站間切換，從而成為新一代WMAN寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，俗稱移動(dòng)WiMAX。作為最新的新興標(biāo)準(zhǔn)，MobileWiMAX采用了許多先進(jìn)的技術(shù)來獲得高數(shù)據(jù)速率，包括OFDMA、智能天線自適應(yīng)波束形成、time 空碼STC、多輸入多輸出MIMO等。WiMax采用700 MHz ~ 66 GHz的頻段，傳輸速度2 MB/s ~ 6 MB/s，距離3.2km，如果有效距離內(nèi)的路由不受干擾，速度會(huì)更快，范圍會(huì)更廣。

WiMAX的相關(guān)測試規(guī)范由技術(shù)工作組(TWG)制定，均針對固定無線接入設(shè)備，移動(dòng)無線接入設(shè)備的測試在IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)最終確定后才正式開始。RCT(Radio compliance Test Specification)規(guī)定了收發(fā)器基帶和射頻信號的測試流程和測試條件，用于測試射頻接口與IEEE 802.16-2004規(guī)范的符合程度。該文件適用于無線城域網(wǎng)-OFDM、無線城域網(wǎng)(-OFDM)空中的接口。

移動(dòng)WiMax參數(shù)索引

在2006年3月的WiMax論壇的報(bào)告中，表明因?yàn)橐苿?dòng)WiMax是基于OFDMA可伸縮性的，所以可以通過調(diào)整系統(tǒng)操作參數(shù)來靈活地配置不同的帶寬。認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個(gè)方面來定量評估移動(dòng)WiMAX系統(tǒng)的性能。在下面的表中，表1提供了系統(tǒng)參數(shù)，表2總結(jié)了OFDMA參數(shù)，表3示出了傳輸性能評估的模型。

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WiMAX射頻測試分析

根據(jù)WiMAX參數(shù)，射頻測試主要是評估和驗(yàn)證WiMAX技術(shù)物理層的關(guān)鍵指標(biāo)和性能。一般按照基站側(cè)和終端側(cè)來區(qū)分，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別在每側(cè)測試。具體來說，射頻參數(shù)測試的核心內(nèi)容通常包括接收機(jī)靈敏度、CP值和幀定時(shí)。發(fā)射機(jī)的循環(huán)前綴和符號定時(shí)、調(diào)制和編碼、頻譜平坦性、功率控制、相對星座誤差、頻譜模板等。需要注意的是，射頻參數(shù)的測試不僅要參考WiMAX認(rèn)證中RCT文件的要求，還要符合當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門對發(fā)射機(jī)功率要求、雜散等具體地域指標(biāo)的規(guī)定，也就是一般來說通過頻率審批的測試。

●測試設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室測試設(shè)備主要由以下產(chǎn)品組成:射頻分析儀(發(fā)射和接收)；矢量信號源，支持OFDM調(diào)制，可設(shè)置為802.16-2004的幀級，功率可根據(jù)802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)逐級調(diào)整；矢量信號分析儀，支持OFDM解調(diào)，可設(shè)置為802.16-2004的幀級，可編輯MAC的PDU頻譜分析儀，支持OFDM解調(diào)；具有多徑反射模擬功能的信道模擬器；天線；衰減器、饋線和其他附件；傳輸性能分析器；IP性能分析軟件等。

外場測試設(shè)備包括:實(shí)驗(yàn)室測試的所有設(shè)備；路測儀(信道下行掃描解碼功能)、戶外終端、車載電源、GPS、激光測距儀、指南針、望遠(yuǎn)鏡、數(shù)碼相機(jī)等配件。外場測試需要實(shí)際安裝系統(tǒng)設(shè)備。為了保證測試效果，基站天線通常需要一定的高度，一般至少40 ~ 60m高，CPE可以放在測試車上。外場測試項(xiàng)目包括設(shè)備安裝和維護(hù)測試以及系統(tǒng)性能和特性測試。由于安裝在室外，設(shè)備安裝的難易程度和可維護(hù)性是設(shè)備安裝維護(hù)測試的一大指標(biāo)，主要包括:基站和天線安裝測試、基站電源冗余配置測試、基站熱插拔卡測試、CPE和天線安裝測試等。

●測試過程

首先，對接收機(jī)進(jìn)行測試。測試指標(biāo)包括接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，對發(fā)射機(jī)進(jìn)行測試，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)雜散發(fā)射、調(diào)制性能等。最后，還包括終端吞吐量性能測試，包括上行和下行吞吐量測試。

●接收器測試

測試WiMax放大器和模塊時(shí)，您需要輸入理想的測試信號。測試BS(基站)、RS(中繼站)或SS(終端)接收機(jī)的性能時(shí)，需要輸入一個(gè)通過空信道傳輸?shù)臏y試信號。測試靈敏度時(shí)，需要準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)誤碼率。

●發(fā)射測試

發(fā)射機(jī)信道帶寬是第一個(gè)測試，它決定了發(fā)射機(jī)信號的頻譜特性。通過頻譜的形狀和特征可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的很多錯(cuò)誤，并可以粗略計(jì)算出系統(tǒng)符號率的誤碼率。載頻測試用于測試可能造成相鄰頻段信道干擾或影響接收機(jī)載波恢復(fù)的頻率誤差。信道功率測試用于測試有用信號在頻率帶寬內(nèi)的平均能量。

使用功率計(jì)測試WiMAX信號時(shí)，使用范圍模式。通過測量功率-時(shí)間和閾值掃描，可以獲得突發(fā)的平均功率。在使用頻譜儀進(jìn)行時(shí)域測試時(shí)，為了準(zhǔn)確得到測量結(jié)果，需要使測量帶寬覆蓋WiMAX信號帶寬。下圖顯示了如何使用Rohde &:在施瓦茲頻譜儀的FSL測試過程中，在時(shí)域測量了WiMAX信號的前導(dǎo)功率，如圖1所示。

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圖1 WiMAX信號前導(dǎo)功率的測量結(jié)果

由于儀器所用濾波器的SF(形狀因子)不同，如果使用模擬中頻濾波器，其帶寬應(yīng)等于信號帶寬的5倍；如果使用通道濾波器，其帶寬大于信號帶寬。

在頻域測量時(shí)，首先要使Wimax信號的SF盡可能接近濾波器的SF，還要選擇合適的掃描時(shí)間，Tsweep = nsweeppoints tsignal cyde。假設(shè)光譜儀的掃描點(diǎn)數(shù)為625，待測信號的周期為10ms，最小掃描時(shí)間為6.25s如果掃描時(shí)間太短，每個(gè)掃描點(diǎn)都無法覆蓋一個(gè)完整的信號周期，因此無法反映其真實(shí)的頻域信息。圖2是64QAM OFDM信號數(shù)據(jù)幀的傅立葉分析結(jié)果。幀數(shù)據(jù)信噪比為30dB，采樣率為80MHz。以上是時(shí)域描述，以下是頻域描述。

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圖2 64 QAM OFDM信號數(shù)據(jù)的傅立葉分析結(jié)果

LitePoint的IQmax WiMAX測試系統(tǒng)滿足了從R&D到制造測試各個(gè)環(huán)節(jié)的物理層測試要求。圖3是IQmax WiMAX捕獲的一包WiMAX數(shù)據(jù)，其中可以看到帶內(nèi)功率-3.50dBm、信號EVM值-40.56dB、帶內(nèi)平坦度0.3db等參數(shù)，還可以得到頻譜屏蔽、星座圖等圖形。

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圖3 WiMAX數(shù)據(jù)包的測試結(jié)果

配有Agilent N7613A Signal Studio軟件的Agilent E4438C ESG信號發(fā)生器和Agilent 89600系列矢量信號分析儀也可用作測試和認(rèn)證的WiMAX基站和終端設(shè)備。安捷倫ESG信號發(fā)生器和Signal Studio軟件提供預(yù)設(shè)的WiMAX波形，用戶可以設(shè)置。安捷倫VSA矢量信號分析儀可以測量不同的WiMAX設(shè)備，帶寬從1.25～28MHz到28 MHz，從基帶到11GHz以上的頻率。它還支持WiMAX功能，如子信道化。

此外，羅德與施瓦茨的測試儀器，如矢量信號源SMU200A、功率計(jì)NRP、頻譜分析儀FSL、信號分析儀FSQ等，符合IEEE802.16-2004和IEEE802.16e的要求，可以滿足WiMAX射頻測試的要求。

結(jié)束語

WiMAX產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證和性能測試由WiMAX論壇管理，目前由位于西班牙馬拉加的獨(dú)立第三方實(shí)驗(yàn)室Cetecom負(fù)責(zé)測試。在中國，泰爾實(shí)驗(yàn)室也可以作為第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試和自下而上的測試。因?yàn)?02.16e/f/g等標(biāo)準(zhǔn)還處于完善階段，所以現(xiàn)在討論整個(gè)802.16標(biāo)準(zhǔn)體系的測試還為時(shí)尚早，本文也沒有深入探討。

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