WiMAX測(cè)試領(lǐng)域

一、WiMAX簡(jiǎn)介

　　為了推廣遵循IEEE802.16和ETSIHIPERMAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入設(shè)備，并確保其兼容性及互操作性，2001年4月9日，由一些業(yè)界領(lǐng)先的通信原器件及設(shè)備制造商結(jié)成了一個(gè)非營利性工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織，即WiMAX（WorldwideInteroperability for Microwave Access）。

　　WiMAX的目的就是為了促進(jìn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)在全球的開展，旨在通過建立全球統(tǒng)一的設(shè)備和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)和設(shè)備之間的互通性、兼容性，推動(dòng)2.5GHz～66GHz頻段的寬帶固定無線接入技術(shù)在全球的推廣。通過WiMAX認(rèn)證的產(chǎn)品會(huì)擁有“WiMAX®CERTIFIED”標(biāo)識(shí)。

　　WiMAX的主要工作內(nèi)容有：參照802.16c一致性測(cè)試規(guī)范，制定系統(tǒng)文件和一致性陳述(PICS)形式文件，測(cè)試整體架構(gòu)和測(cè)試目的技術(shù)規(guī)范，及參照ISO/IEC9646系列（等價(jià)于ITU-TX.290系列）等有關(guān)一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)制定抽象測(cè)試整體規(guī)范。系統(tǒng)文件的作用是在實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)中，制定空中接口的MAC和PHY層必選和可選的特征，必選特征有利于實(shí)際產(chǎn)品之間的互相兼容，而可選特征有利于產(chǎn)品的特色和差異化。

二、與WiMAX有關(guān)的測(cè)試

　　WiMAX測(cè)試從理論上講應(yīng)該分為兩個(gè)層面，即設(shè)備級(jí)測(cè)試層面和系統(tǒng)測(cè)試層面。其中設(shè)備級(jí)測(cè)試層面是面向設(shè)備制造商的，是WiMAX認(rèn)證測(cè)試流程主要針對(duì)的對(duì)象；而系統(tǒng)測(cè)試層面主要是運(yùn)營商關(guān)心的范疇。下面就分別予以闡述。

（一）WiMAX認(rèn)證測(cè)試流程

　　1.WiMAX認(rèn)證術(shù)語解釋

　　WiMAX認(rèn)證術(shù)語包括：PICS（ProtocolImplementationConformanceSpecification）協(xié)議一致性陳述文件；TSS&TP（TSS/TP，Test Suite Structure and Test Purposes）測(cè)試整體架構(gòu)和測(cè)試目的；RCT（Radio Conformance Test Specification）射頻一致性測(cè)試規(guī)范；PIXIT（Protocol Implementation eXtra Information for Testing）協(xié)議附加陳述文件；ATS（Abstract Test Suite）抽象的測(cè)試整體規(guī)范，是所有測(cè)試腳本的抽象模板；TTCN（Tree and Tabular Combined Notation）按照樹狀和列表方式組織的標(biāo)記方法，是標(biāo)記ATS的語言。各術(shù)語之間的關(guān)系如圖1（本圖片來自Intel）所示。





圖1WiMAX的認(rèn)證過程

　　2.WiMAX認(rèn)證基本過程

　　WiMAX認(rèn)證的基本過程包括：（1）各設(shè)備廠商參照WiMAX的PICS文件自行（或委托）進(jìn)行設(shè)備的預(yù)認(rèn)證測(cè)試；（2）經(jīng)過預(yù)認(rèn)證測(cè)試的設(shè)備送至WiMAX授權(quán)的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一致性認(rèn)證，該認(rèn)證不僅基于WiMAX的TSS&TP、ATS、RCT等配置下的測(cè)試計(jì)劃和基于802.16f規(guī)范的業(yè)務(wù)規(guī)定，還將包括設(shè)備廠商提供的任何附加陳述文件；（3）通過實(shí)驗(yàn)室的一致性認(rèn)證之后，按照WiMAX認(rèn)可的互操作測(cè)試計(jì)劃，該設(shè)備將繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行與其他廠家的設(shè)備（至少3家）互操作測(cè)試，通過互操作測(cè)試的設(shè)備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標(biāo)識(shí)；（4）若上述任何環(huán)節(jié)測(cè)試沒有通過，待測(cè)設(shè)備都將返回第一步重新測(cè)試。

　　因此，從WiMAX認(rèn)證的基本過程來看，比較重要的測(cè)試配置和文件是PICS文件，制定和維護(hù)PICS也是WiMAX目前最主要的工作，下面就結(jié)合具體實(shí)例對(duì)PICS文件進(jìn)行介紹。

　　3． 典型配置文件（profile）說明

　　在802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中，典型的系統(tǒng)配置文件包括：MAC層配置、物理層配置、射頻配置、雙工模式選擇和功率等級(jí)等5部分。其基本文件格式如下：（表1中對(duì)應(yīng)參數(shù)在802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)說明，這里不一一贅述）。




（二）運(yùn)營角度關(guān)心的系統(tǒng)測(cè)試

　　參照802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容以及WiMAXPICS中的測(cè)試項(xiàng)選擇的進(jìn)展情況，考慮到運(yùn)營商的實(shí)際需求，WiMAX測(cè)試中涉及到的802.16系統(tǒng)測(cè)試大致包括：實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、外場(chǎng)測(cè)試以及網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試等3個(gè)方面，下面分別進(jìn)行說明。

　　1.基本測(cè)試環(huán)境

　　系統(tǒng)測(cè)試的基本測(cè)試環(huán)境包括：基站、終端、IP網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與外場(chǎng)測(cè)試其設(shè)備構(gòu)成大同小異，基本區(qū)別在于兩點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中空中接口可以用衰減器及信道模擬器等儀器代替，而外場(chǎng)測(cè)試是真實(shí)的空中接口；從測(cè)試規(guī)模上看，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是能夠滿足基本功能測(cè)試的小規(guī)模配置，而外場(chǎng)測(cè)試側(cè)重于中、大規(guī)模的覆蓋、容量等性能測(cè)試。

　　從測(cè)試的結(jié)果來看，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試由于測(cè)試環(huán)境、條件易于復(fù)制和控制，測(cè)試結(jié)果相對(duì)是客觀的；而外場(chǎng)測(cè)試由于無線環(huán)境復(fù)雜多變，同時(shí)與測(cè)試人員的操作相關(guān)，因此結(jié)果相對(duì)較主觀。





圖2系統(tǒng)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　2．測(cè)試設(shè)備

　　實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備主要由以下產(chǎn)品組成：射頻分析儀（發(fā)射、接收）；矢量信號(hào)源，支持OFDM調(diào)制，可以設(shè)置到802.16-2004的幀級(jí)，功率可按照802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)調(diào)整；矢量信號(hào)分析儀，支持OFDM解調(diào)，可以設(shè)置到802.16-2004的幀級(jí)，能對(duì)MAC的PDU進(jìn)行編輯；頻譜儀，支持OFDM解調(diào)，頻率上限至少支持到17.5GHz；信道模擬器，具備多徑反射模擬功能；天線；衰減器、饋線及其他配件；傳輸性能分析儀；IP性能分析軟件等。

　　外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備包括：實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的全部設(shè)備；路測(cè)儀（信道下行掃描及解碼功能）、室外終端、車載電源、GPS、激光測(cè)距儀、羅盤、望遠(yuǎn)鏡、數(shù)碼相機(jī)及其他配件。

　　3.實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

　　實(shí)驗(yàn)室測(cè)試在室內(nèi)主要借助儀器儀表等客觀工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)，室內(nèi)環(huán)境受外界干擾很小或基本沒有，并且實(shí)驗(yàn)條件易于重復(fù)，測(cè)試結(jié)果可以反映出系統(tǒng)的特性，因此實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是客觀測(cè)試。例如，可以使用信道模擬器和衰減器來代替無線鏈路，通過定量調(diào)節(jié)BS和CPE之間的路徑損耗，就可以精確測(cè)試信噪比和系統(tǒng)傳輸性能的關(guān)系。

　　實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的測(cè)試內(nèi)容主要包括：無線電性能測(cè)試、系統(tǒng)性能測(cè)試及其它相關(guān)測(cè)試，主要遵循的標(biāo)準(zhǔn)是802.16-2004。

　?。?）無線電性能測(cè)試主要是對(duì)設(shè)備的電氣指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，它主要包括：發(fā)送功率、發(fā)送頻譜屏蔽、雜散發(fā)射、頻率容限、動(dòng)態(tài)接收范圍、同頻信道干擾、鄰道干擾、接收靈敏度和信道帶寬。

　?。?）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的系統(tǒng)性能測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)的傳輸能力，它主要包括：吞吐量（Throughtput）測(cè)試，主要測(cè)試上行（CPE至BS）和下行（BS至CPE）兩個(gè)鏈路方向上的傳輸帶寬；延時(shí)（Delay）測(cè)試，主要測(cè)試BS和CPE之間鏈路的延時(shí)，與室外環(huán)境不同，室內(nèi)測(cè)試沒有空間傳播延時(shí)，因此這項(xiàng)主要是測(cè)試BS和CPE的報(bào)文處理速度及系統(tǒng)延時(shí)。

　?。?）系統(tǒng)特性測(cè)試是指對(duì)802.16特有的技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，與其它的寬帶無線接入技術(shù)相比，802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中定義了一些新的特性，包括多速率自適應(yīng)技術(shù)、自動(dòng)傳輸功率控制、QoS等。

　　?、俣嗨俾首赃m應(yīng)技術(shù)（Multi-Rate）測(cè)試。802.16系統(tǒng)中定義了7種不同的調(diào)制方式和編碼速率的組合，這種特性使得系統(tǒng)可以根據(jù)BS和CPE之間不同的信道狀況來自動(dòng)的選擇發(fā)送速率，從而更加有效地利用帶寬，提高頻譜利用效率。802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)定義了調(diào)制方式和編碼速率接收端信噪比的對(duì)應(yīng)情況，通過本項(xiàng)測(cè)試可以驗(yàn)證這些參數(shù)對(duì)應(yīng)情況以及測(cè)試系統(tǒng)自適應(yīng)的速率。

　　?、谧詣?dòng)傳輸功率控制（ATPC）測(cè)試。802.16系統(tǒng)中使用了動(dòng)態(tài)功率控制功能，BS發(fā)送功率控制信息到每個(gè)CPE上，CPE根據(jù)這個(gè)信息自動(dòng)調(diào)整發(fā)送功率，使BS上收到的信號(hào)電平維持一個(gè)預(yù)定的水平。這個(gè)功能使得CPE側(cè)在滿足BS需要值的情況下選擇最小功率進(jìn)行發(fā)送，大大減小了CPE上的功率消耗。

　　?、跶oS測(cè)試。802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)定義了802.16系統(tǒng)的4種QoS級(jí)別，分別是：UGS、rtPS、nrtPS和BE，在系統(tǒng)中，QoS是通過MAC層的報(bào)文優(yōu)先級(jí)隊(duì)列處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)，在對(duì)外表現(xiàn)上，802.16系統(tǒng)的QoS通常通過DSCP（DiffServCodePoint）和802.1p機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。在測(cè)試過程中，可以使用IP報(bào)文發(fā)生器的二層機(jī)制（VLAN）或三層機(jī)制（DSCP或ToS字段）來進(jìn)行。

　?。?）其它相關(guān)測(cè)試主要包括：系統(tǒng)10/100baseT接口測(cè)試、T1/E1接口測(cè)試、供電系統(tǒng)測(cè)試、設(shè)備對(duì)周邊環(huán)境適應(yīng)測(cè)試（包括環(huán)境溫度、濕度等）以及電磁兼容測(cè)試等。

　　4.外場(chǎng)測(cè)試

　　外場(chǎng)測(cè)試是在室外搭建實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試802.16系統(tǒng)及設(shè)備在實(shí)際使用環(huán)境中的性能和特性。由于室外無線傳播環(huán)境非常復(fù)雜，即使在同一地點(diǎn)進(jìn)行的測(cè)試也會(huì)由于周圍不斷移動(dòng)物體的干擾而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不斷變化，因此，與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試相比，外場(chǎng)測(cè)試環(huán)境和條件很難復(fù)制，測(cè)試結(jié)果非常主觀，但外場(chǎng)測(cè)試無疑最能體現(xiàn)出802.16系統(tǒng)的特點(diǎn)。

　　對(duì)于一種無線接入技術(shù)來說，在非視距、多徑以及物體遮擋情況下的系統(tǒng)性能測(cè)試是衡量無線系統(tǒng)性能的關(guān)鍵測(cè)試內(nèi)容。由于802.16系統(tǒng)采用了OFDM技術(shù)，OFDM技術(shù)抗多徑和非視距能力非常強(qiáng)，因此802.16系統(tǒng)在復(fù)雜的傳播環(huán)境中可以表現(xiàn)出良好的性能，這是外場(chǎng)測(cè)試的重點(diǎn)；另一方面，頻率的選擇對(duì)無線系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的傳輸性能有很大影響，802.16-2004中設(shè)計(jì)了2-11GHz物理層用來支持系統(tǒng)在非視徑環(huán)境下保證傳輸性能，由于802.16是一個(gè)新技術(shù)，各國對(duì)802.16系統(tǒng)頻率的分配正在討論過程中，在測(cè)試中選擇合適的頻率進(jìn)行測(cè)試是保證測(cè)試順利進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵。

　　外場(chǎng)測(cè)試需要實(shí)際安裝系統(tǒng)設(shè)備，為保證測(cè)試效果，基站天線通常需要保證一定的高度，通常至少需要40～60米高，CPE可以放在測(cè)試車上。

　　外場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目包括設(shè)備安裝及維護(hù)測(cè)試和系統(tǒng)性能及特性測(cè)試兩部分。由于是在室外安裝，因此設(shè)備的易安裝性和易維護(hù)性是設(shè)備安裝維護(hù)測(cè)試的一個(gè)主要指標(biāo)，安裝及維護(hù)測(cè)試主要包括：基站及天線安裝測(cè)試、基站電源冗余配置測(cè)試、基站熱插拔卡測(cè)試以及CPE及天線安裝測(cè)試等。

　　外場(chǎng)測(cè)試中的系統(tǒng)性能及特性測(cè)試項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試項(xiàng)目大體相同，但由于側(cè)重點(diǎn)不同，外場(chǎng)測(cè)試中僅包括實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試項(xiàng)目的一部分，典型的測(cè)試項(xiàng)目為吞吐量測(cè)試、延時(shí)測(cè)試及多速率自適應(yīng)調(diào)節(jié)測(cè)試。

　　由于外場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多樣，外場(chǎng)測(cè)試可以根據(jù)環(huán)境的不同分為三種場(chǎng)景的測(cè)試：覆蓋能力測(cè)試、抗遮擋能力測(cè)試和傳透能力測(cè)試。

　　覆蓋能力測(cè)試是在視距（LOS）和近似視距（NearLOS）條件下，測(cè)試系統(tǒng)傳播的最遠(yuǎn)距離，主要衡量802.16系統(tǒng)的最大覆蓋能力；抗遮擋能力測(cè)試主要測(cè)試802.16系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的性能，在測(cè)試過程中，應(yīng)該首先將復(fù)雜的環(huán)境分成典型的幾類，確定分類后，在每一類中分別尋找典型的測(cè)試地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)中，同一類別的數(shù)據(jù)先進(jìn)行分析比較，然后再對(duì)比不同類別之間的測(cè)試結(jié)果，這樣可以更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能；穿透測(cè)試，802.16系統(tǒng)是一種無線城域網(wǎng)接入技術(shù)，用戶應(yīng)該在市區(qū)內(nèi)的任何地方都能接入，也包括建筑物內(nèi)，根據(jù)802.16組織的時(shí)間表，今年下半年會(huì)推出室內(nèi)CPE用于室內(nèi)接入，這項(xiàng)測(cè)試的目的是檢驗(yàn)CPE位于室內(nèi)情況下802.16系統(tǒng)的性能。

　　上面提到的外場(chǎng)測(cè)試屬于測(cè)試階段中的技術(shù)外場(chǎng)測(cè)試，使用的CPE較少，網(wǎng)絡(luò)搭建簡(jiǎn)單，當(dāng)進(jìn)行商用外場(chǎng)測(cè)試時(shí)，需要詳細(xì)規(guī)劃扇區(qū)個(gè)數(shù)、蜂窩大小以及頻率復(fù)用關(guān)系。目前各廠商的802.16系統(tǒng)都屬于研制階段，因此，現(xiàn)在的外場(chǎng)測(cè)試都是技術(shù)外場(chǎng)測(cè)試。

　　5.網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試

　　網(wǎng)管系統(tǒng)測(cè)試主要包括設(shè)備的配置、管理、故障處理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)收集和安全方面的測(cè)試。網(wǎng)管測(cè)試可以在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和外場(chǎng)測(cè)試中同步進(jìn)行。作為一種面向運(yùn)營的無線接入技術(shù)，802.16系統(tǒng)需要一個(gè)功能全面、易于配置和操作的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。對(duì)于網(wǎng)管系統(tǒng)的測(cè)試主要包括以下幾個(gè)項(xiàng)目：配置（Configuration）測(cè)試、故障處理（Fault）測(cè)試、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)收集（DataCollection）測(cè)試、安全（Security）測(cè)試和其它網(wǎng)管測(cè)試。

　　本文探討的WiMAX測(cè)試話題主要針對(duì)固定版本的802.16標(biāo)準(zhǔn)（802.16-2004），因?yàn)榛谔囟夹g(shù)的測(cè)試往往滯后于標(biāo)準(zhǔn)，而802.16e/f/g等標(biāo)準(zhǔn)目前還處于完善階段，所以，目前探討整個(gè)802.16標(biāo)準(zhǔn)體系的測(cè)試還為時(shí)尚早。從應(yīng)用的角度看，802.16技術(shù)的閃光點(diǎn)將體現(xiàn)在具有移動(dòng)特性的802.16e版本上，不難預(yù)見，用戶管理、移動(dòng)性管理、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、網(wǎng)規(guī)和網(wǎng)憂、系統(tǒng)干擾等諸多問題將成為802.16e技術(shù)測(cè)試的焦點(diǎn)與核心。