移動WiMax參數分析及射頻測試

WiMax技術要想得到市場的認可，就要在具體的應用場景中展現出自己的優(yōu)勢，這就需要應用測試來衡量系統(tǒng)的性能參數。根據WiMax論壇設定的系統(tǒng)參數和測試要求，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WIMAX的參數，并介紹了802.16d(2004)和802.16e(2005)標準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系列標準的基礎上，遵循WiFi在全球市場的成功模式定義的。82.16最初被設計為固定無線傳輸的寬帶技術標準。2005年12月7日，最終被凍結的802.16e(官方稱為802.16-2005)在原有802.16d的基礎上增加了移動性，保證了802.16e接入設備可以在基站間切換，從而成為新一代WMAN寬帶無線接入標準，同時也是移動標準，俗稱移動WiMAX。作為最新的新興標準，MobileWiMAX采用了許多先進的技術來獲得高數據速率，包括OFDMA、智能天線自適應波束形成、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，如果有效距離內的路由不受干擾，速度會更快，范圍會更廣。

WiMAX的相關測試規(guī)范由技術工作組(TWG)制定，均針對固定無線接入設備，移動無線接入設備的測試在IEEE 802.16e標準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-OFDM、無線城域網(-OFDM)空中的接口。

移動WiMax參數索引

在2006年3月的WiMax論壇的報告中，表明因為移動WiMax是基于OFDMA可伸縮性的，所以可以通過調整系統(tǒng)操作參數來靈活地配置不同的帶寬。認為應該從以下幾個方面來定量評估移動WiMAX系統(tǒng)的性能。在下面的表中，表1提供了系統(tǒng)參數，表2總結了OFDMA參數，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WiMAX參數，射頻測試主要是評估和驗證WiMAX技術物理層的關鍵指標和性能。一般按照基站側和終端側來區(qū)分，發(fā)射機和接收機分別在每側測試。具體來說，射頻參數測試的核心內容通常包括接收機靈敏度、CP值和幀定時。發(fā)射機的循環(huán)前綴和符號定時、調制和編碼、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，射頻參數的測試不僅要參考WiMAX認證中RCT文件的要求，還要符合當地無線電管理部門對發(fā)射機功率要求、雜散等具體地域指標的規(guī)定，也就是一般來說通過頻率審批的測試。

●測試設備

實驗室測試設備主要由以下產品組成:射頻分析儀(發(fā)射和接收)；矢量信號源，支持OFDM調制，可設置為802.16-2004的幀級，功率可根據802.16-2004標準逐級調整；矢量信號分析儀，支持OFDM解調，可設置為802.16-2004的幀級，可編輯MAC的PDU頻譜分析儀，支持OFDM解調；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。

外場測試設備包括:實驗室測試的所有設備；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、望遠鏡、數碼相機等配件。外場測試需要實際安裝系統(tǒng)設備。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。外場測試項目包括設備安裝和維護測試以及系統(tǒng)性能和特性測試。由于安裝在室外，設備安裝的難易程度和可維護性是設備安裝維護測試的一大指標，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，對接收機進行測試。測試指標包括接收機靈敏度和動態(tài)范圍，對發(fā)射機進行測試，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、待機輸出功率、DRC信道輸出功率、ACK信道輸出功率、數據信道輸出功率、發(fā)射機傳導雜散發(fā)射、調制性能等。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，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)接收機的性能時，需要輸入一個通過空信道傳輸的測試信號。測試靈敏度時，需要準確統(tǒng)計誤碼率。

●發(fā)射測試

發(fā)射機信道帶寬是第一個測試，它決定了發(fā)射機信號的頻譜特性。通過頻譜的形狀和特征可以發(fā)現設計中的很多錯誤，并可以粗略計算出系統(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載波恢復的頻率誤差。信道功率測試用于測試有用信號在頻率帶寬內的平均能量。

使用功率計測試WiMAX信號時，使用范圍模式。通過測量功率-時間和閾值掃描，可以獲得突發(fā)的平均功率。在使用頻譜儀進行時域測試時，為了準確得到測量結果，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，在時域測量了WiMAX信號的前導功率，如圖1所示。

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圖1 WiMAX信號前導功率的測量結果

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，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間，Tsweep = nsweeppoints tsignal cyde。假設光譜儀的掃描點數為625，待測信號的周期為10ms，最小掃描時間為6.25s如果掃描時間太短，每個掃描點都無法覆蓋一個完整的信號周期，因此無法反映其真實的頻域信息。圖2是64QAM OFDM信號數據幀的傅立葉分析結果。幀數據信噪比為30dB，采樣率為80MHz。以上是時域描述，以下是頻域描述。

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圖2 64 QAM OFDM信號數據的傅立葉分析結果

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

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圖3 WiMAX數據包的測試結果

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證的WiMAX基站和終端設備。安捷倫ESG信號發(fā)生器和Signal Studio軟件提供預設的WiMAX波形，用戶可以設置。安捷倫VSA矢量信號分析儀可以測量不同的WiMAX設備，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。

結束語

WiMAX產品的標準認證和性能測試由WiMAX論壇管理，目前由位于西班牙馬拉加的獨立第三方實驗室Cetecom負責測試。在中國，泰爾實驗室也可以作為第三方實驗室進行調試和自下而上的測試。因為802.16e/f/g等標準還處于完善階段，所以現在討論整個802.16標準體系的測試還為時尚早，本文也沒有深入探討。

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