最新版的WiMAX標(biāo)準(zhǔn)可以提供讓用戶自由移動(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)是多用戶版的OFDM。與TDMA相比,它可以給多個(gè)用戶更靈活地分配帶寬,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,因此能讓許多用戶同時(shí)獲得服務(wù)。被稱為子信道化的技術(shù)則針對(duì)每個(gè)用戶使用特殊載波群。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)用戶發(fā)送上行鏈路的子幀。用戶是被精確同步的,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)用戶站。
表1:移動(dòng)WiMAX與固定WiMAX的比較。
在韓國(guó),移動(dòng)WiMAX被稱為WiBro,即無(wú)線寬帶的簡(jiǎn)稱。WiBro采用與移動(dòng)WiMAX相同的IEEE 標(biāo)準(zhǔn),但在相對(duì)于基站的用戶速度性能方面略有增強(qiáng)。WiBro只使用TDD和的最大信道帶寬。使用頻段的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 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)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以內(nèi),這對(duì) 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±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和用戶站上行鏈路發(fā)送時(shí)間跟蹤精度,它與指示用戶站改變時(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 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。
作者:Eric Hakanson
安立公司
