wifi測試簡介

　　要點
　　·Wi-Fi市場很大，并正在向諸如娛樂電子與語音通信等新的應(yīng)用擴展；
　　·Wi-Fi采用了更加復雜的協(xié)議，因此需要比有線網(wǎng)絡(luò)更廣泛的測試；
　　·無線網(wǎng)絡(luò)的移動、動態(tài)與空間特性促使人們采用射頻測試與數(shù)據(jù)測試相結(jié)合的工具；
　　·為確?？芍貜托?，測試需要在屏蔽罩或法拉第籠內(nèi)完成，以消除外界干擾；
　　用于射頻測試與系統(tǒng)環(huán)境仿真的專用工具正在成為現(xiàn)實

以IEEE 802.11 標準為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備數(shù)量和應(yīng)用范圍兩個方面都做好了實質(zhì)性發(fā)展的準備。然而，與有線網(wǎng)絡(luò)相比較，無線網(wǎng)絡(luò)本身固有的移動特性使物理層與協(xié)議層之間產(chǎn)生的交互作用大大增加了驗證一個設(shè)計所需的測試的復雜性和測試的次數(shù)。所幸的是，能夠使這一過程合理化的各類工具正在不斷出現(xiàn)。

802.11a/b/g 標準統(tǒng)稱為 WiFi（無線保真），它已經(jīng)在家庭用戶中造就了一個龐大的不斷成長市場，人們發(fā)現(xiàn)，無線方案是家庭資源共享以太網(wǎng)（如打印機和寬帶連接）的一種簡單的替代方案。另外，對需要移動計算能力的商務(wù)用戶來說它也是熱門技術(shù)。根據(jù)市場研究公司 In-Stat 的數(shù)據(jù)，公共 WLAN（無線局域網(wǎng)）或“熱點”正在商務(wù)用戶和家庭用戶中快速普及。僅 2005 年第一季度，全球 WiFi 設(shè)備銷售額就達到 7.376 億美元，比 2004 年同期增長 15%。

雖然WiFi 在家庭和商務(wù)計算機接入中的應(yīng)用仍處增長勢頭，但也出現(xiàn)了這一技術(shù)的新興市場。In-Stat 正在追蹤各類新興應(yīng)用，如 VoWLAN（無線局域網(wǎng)語音傳輸）、將 WiFi 用作消費電子連接的一種方法，以及 VoWLAN 與手機的結(jié)合。每一類都代表著一種能匹配或超過計算機接入的市場。
這些重要市場的增長將使更多的設(shè)計師首次面對 WLAN 測試的挑戰(zhàn)。很多設(shè)計師的知識背景仍然是傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，因而無線網(wǎng)絡(luò)測試對他們而言是個很不一般的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN 有一個射頻物理層界面問題。

復雜的協(xié)議使測試更麻煩

VeriWave 公司首席技術(shù)官 Thomas Alexander 稱，首先要考慮的是無線協(xié)議更復雜了。他指出，WLAN 協(xié)議中的很多附加特性都是為了滿足無線局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)在動態(tài)配置、空間性質(zhì)以及移動性這三方面的需求，而有線網(wǎng)絡(luò)則沒有這些要求。這些要求更增加了無線測試的復雜性。WiFi 的動態(tài)配置允許終端站向 AP（接入點）詢問以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，并使 AP 接通自己所支持的服務(wù)。雖然有線網(wǎng)絡(luò)也有類似功能，但它們一般出現(xiàn)在較高層的協(xié)議中。WiFi 則是在 MAC（媒體訪問控制）層實現(xiàn)的。當有多個 AP 可供使用時，WiFi 站還必須用“關(guān)聯(lián)”來確定使用哪一個，而 AP 也要用“鑒別權(quán)”來確定該終端站是否為合法用戶，然后才準予接入。有線連接由于沒有物理安全問題，因此無需鑒別步驟。而在無線連接中，某個人可能會把車停在一個區(qū)域內(nèi)，試圖從這里免費接入互聯(lián)網(wǎng)。

WiFi 的空間特性也會產(chǎn)生一些問題，如“隱藏結(jié)點”，這在有線網(wǎng)絡(luò)中是沒有的。出現(xiàn)這種情況時，兩個站終端都位于一個 AP 的覆蓋范圍中，但不在相互的信號范圍內(nèi)。由于兩者都不能檢測沖突，于是當兩個站試圖向該 AP 發(fā)送消息時就會重復發(fā)生碰撞。在有線網(wǎng)絡(luò)中，通過小心的設(shè)計和安裝，可以在物理層上控制噪聲電平，并且交換機可以將網(wǎng)絡(luò)分成可管理的網(wǎng)段。但是無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計者則不能假設(shè)一種可控環(huán)境。WiFi 與藍牙、便攜式電話和微波爐，以及其它射頻源共享其頻段。設(shè)計者無法控制試圖連接某個 AP 的終端站數(shù)量。無線協(xié)議必須允許網(wǎng)絡(luò)能夠完全適應(yīng)所處的環(huán)境。

WiFi 的移動性也對設(shè)備和協(xié)議提出了更多的功能要求，有線網(wǎng)絡(luò)則沒有這些負擔。其中之一是電池供電的終端可能需要有電源管理功能，以優(yōu)化功耗問題，例如當終端靠近 AP 時，要降低發(fā)射功率以節(jié)省能量。另一個增加的協(xié)議功能是在傳輸期間實現(xiàn)AP之間的動態(tài)切換，這類似于手機的漫游。其他附加的功能還有速率自適應(yīng)，即根據(jù)接收信號的功率調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率的能力，從而優(yōu)化整個信道的性能。

不能完全分開的層

復雜的協(xié)議還會產(chǎn)生其它麻煩。對有線網(wǎng)絡(luò)，工程師們可以單獨測試系統(tǒng)層，然后只需將測試后的各部分組合起來，就可以裝配成一個可行的系統(tǒng)。按照傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測試模型，測試無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計有兩項主要工作。一是數(shù)字工程師和軟件工程師從網(wǎng)絡(luò)角度用協(xié)議分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀對設(shè)備進行評估。另一是射頻工程師使用矢量信號分析儀、頻譜分析儀與信號發(fā)生器、示波器和其他射頻儀器，對射頻部分進行評估。

但是，老諺語“整體大于其各部分之和”可以毫不遲疑地應(yīng)用于測試 WiFi 產(chǎn)品的設(shè)計上。無線網(wǎng)絡(luò)物理層和協(xié)議層不僅需要單獨測試，還要同時測試驗證較高層是否能正常運行。這種測試需要很多設(shè)備協(xié)同工作，包括射頻設(shè)備和數(shù)字設(shè)備，共同建立所需測試條件，并測量結(jié)果。

還好，射頻測試設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)在所需設(shè)備的聯(lián)合與自動化方面作了不少工作，在 2004 年年中至年底就推出了很多這類產(chǎn)品。Agilent 科技公司創(chuàng)立了 N4010A 無線連接性測試套件，它采用軟件模塊實現(xiàn)信號分析與矢量分析功能，以及信號產(chǎn)生功能，并構(gòu)成了一個更完備的射頻測試包（圖 1）。同樣，Anritsu 公司也為自己的頻譜分析儀提供軟件，將多種 WLAN 射頻測試功能組合于一個儀器內(nèi)。LitePoint 公司則用 IQView 來測試 WiFi 發(fā)射機與接收機的功能。該公司還提供 IQWave 軟件，用于與儀器一起建立定制的信號波形，以測試有損波形的響應(yīng)。最近，National Instruments公司 也用一款 PXI 儀器包進入了這個市場，該儀器包帶有LabView開發(fā)軟件以及一個來自 SeaSolve 軟件公司的軟件包，軟件包可以對 WiFi 射頻設(shè)備進行物理層順從性測試。

既然已經(jīng)覆蓋了對物理層部分的測試，似乎較高層的測試只需要數(shù)字圖形發(fā)生器和協(xié)議分析儀就夠了。但 WiFi 復雜的協(xié)議要處理網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)、空間與移動特性，一臺儀器無法用一個純數(shù)字圖形模仿所有這些參數(shù)。工程師們必須用射頻鏈接對這些參數(shù)進行測試，以執(zhí)行速率自適應(yīng)功能、隱藏結(jié)點檢測功能，以及其他與信號強度有關(guān)的條件。

這一領(lǐng)域的 WiFi 測試最為困難。為了提供可重復的測試，DUT（待測設(shè)備）需要一種可控制的激勵。這意味著至少要將待測設(shè)備放在一個屏蔽罩內(nèi)，隔離雜亂信號的干擾。另外，激勵信號的強度必須可控，這就涉及到使用可編程衰減的問題。最后，為了仿真一個完整的網(wǎng)絡(luò)配置，必須要從一個獨立源產(chǎn)生多個激勵信號。

協(xié)議測試

可惜，現(xiàn)有的大多數(shù)射頻測試儀器都直接用單信號激勵 DUT。在多信號環(huán)境下對設(shè)備的測試則需要使用多臺儀器。而協(xié)調(diào)多臺儀器信號建立使用起始聚集的測試設(shè)置的可重復測試條件則非常困難。測試的設(shè)置需要使用復雜的接線方案，這種方案要對每個信號源作手工調(diào)校，再反饋給屏蔽罩內(nèi)的 DUT；或者要將整個測試配置放在一個法拉第籠內(nèi)，這是一種可以阻止 EM 場外泄或進入的金屬箱，這樣才能達到測試的可重復性。

而 WiFi 的移動特性使測試的設(shè)置更加復雜。測試必須設(shè)法重復 DUT 或激勵信號的移動過程，這樣才能對設(shè)備作徹底檢驗。Azimuth 系統(tǒng)公司的首席執(zhí)行官 Ray Cronin 說：“WiFi 的全部意義就在于移動性。你必須擁有能測試移動性對服務(wù)質(zhì)量影響的系統(tǒng)。”

有些公司如 Azimuth公司、Ixia公司 和 VeriWave 公司一直在關(guān)注產(chǎn)生多個可控激勵信號的方法，以及用可編程衰減來仿真移動性的影響。這些公司已經(jīng)在生產(chǎn)能提供用于協(xié)議分析以及能夠協(xié)調(diào)產(chǎn)生多種測試信號的產(chǎn)品，用于范圍很寬的條件下 WLAN 設(shè)備的評測。

但各家公司的測試方法也不盡相同。Azimuth 公司的 W 系列測試平臺為 DUT 提供了一個屏蔽罩，通過一個電纜系統(tǒng)反饋受控信號（圖 2）。測試信號來自一組發(fā)生器模塊，一臺計算機控制著這組模塊，規(guī)定每個模塊的功能，協(xié)調(diào)信號的活動，并且用可編程衰減器管理射頻輸出的組合。這樣，系統(tǒng)能夠在可重復配置環(huán)境下模仿多種傳輸圖形和信號條件，包括漫游狀態(tài)，而無需屏蔽室。

Ixia公司 的 IxWLAN 與 VeriWave公司 的 WaveTest 系統(tǒng)則允許使用電纜方法和開放方法（圖 3）。系統(tǒng)可以同步控制多個測試激勵設(shè)備產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)信號，同時控制測試激勵設(shè)備的發(fā)射功率和接收閾值。系統(tǒng)可以用于法拉第籠的電纜配置方式，或者用于開放場的環(huán)境。VeriWave 系統(tǒng)還能夠捕捉場中的信號，供以后在實驗室條件下回放。

這三類系統(tǒng)的一個重要屬性是它們的可升級性。它們都能夠模仿幾十個接入點和數(shù)百個站點，從而建立多種測試設(shè)置，并且都能實現(xiàn)自動控制。這種方法針對擁擠條件的用戶，允許的設(shè)計測試可以實現(xiàn)在這樣條件下系統(tǒng)的實際安裝和系統(tǒng)性能的測試。測試結(jié)果可以幫助系統(tǒng)管理員對設(shè)備安裝作出規(guī)劃，達到最佳流量。

這些系統(tǒng)的另一個重要屬性是它們所能提供的自動化水平。開發(fā)團隊可以利用供應(yīng)商提供的軟件對這些系統(tǒng)進行配置，從而實現(xiàn)系統(tǒng)使用的一個完整的順從性測試套件。運行這些測試套件并不提供設(shè)計認證，而是讓開發(fā)團隊確信自己的設(shè)計會通過認證。

這些協(xié)議測試系統(tǒng)還可以在測試期間解決網(wǎng)絡(luò)問題，從而完成對 WiFi 設(shè)備的測試。但它們并不提供對射頻參數(shù)的測量，盡管 WaveTest 系統(tǒng)可以產(chǎn)生射頻測試設(shè)備的觸發(fā)信號以協(xié)調(diào)這樣的測量。測試工程師必須分別測試射頻部分和數(shù)據(jù)部分。WiFi 測試可能會促使工具的整合，但有些兩步走的步驟還是會發(fā)生。

測試系統(tǒng)的滯后

這種兩步舞看來還要持續(xù)一段時間。正如 Azimuth 公司的 Cronin 所指出的：“要在測試技術(shù)之前發(fā)展一種新技術(shù)來支持它”。WiFi 技術(shù)仍在不斷發(fā)展。除了 a、b、g 版本以外，還正在開發(fā) 802.11標準的新版。例如，802.11q標準可以將虛擬 LAN 映像到無線網(wǎng)絡(luò)上。802.11i 版則在網(wǎng)絡(luò)上增加了新的安全協(xié)議，增強了無線連接的隱密性。另一個趨勢是在無線網(wǎng)絡(luò)上增加語音功能，它需要控制服務(wù)質(zhì)量和時序質(zhì)量。

滿足不斷變化的 WiFi 設(shè)計的需求是對 WiFi 測試提出的極大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的硬接線測試產(chǎn)品太慢，已經(jīng)不能適應(yīng)快速變化的技術(shù)。今天的無線測試設(shè)備必須用軟件來實現(xiàn)自適應(yīng)，才有希望跟上技術(shù)的發(fā)展。

National Instruments公司 正在自己的射頻測試系統(tǒng)中采用可編程方案（圖 4），該公司的模塊化儀器產(chǎn)品經(jīng)理 Darcy Dement 稱：“技術(shù)發(fā)展了，測試也必須跟著發(fā)展。當設(shè)備采用軟件驅(qū)動時，設(shè)計者可以使自己的工具跟上標準的變化。通過使用 LabView 這樣的開放結(jié)構(gòu)，設(shè)計者還能介入測試參數(shù)，從而針對自己的特殊需求進行定制。”Azimuth公司 的 Cronin 也同意可編程性是測試跟上標準變化的關(guān)鍵。他說：“如果我們的工具里沒有可編程能力，標準的變化就會成為開發(fā)人員創(chuàng)立自己的特定工具的負擔。”

利用現(xiàn)有的全套系統(tǒng)測試工具，自動將射頻測試能力和為跟蹤標準的變化提供途徑的工具具備可編程性，開發(fā)人員在將 WiFi 包含到他們的下一個設(shè)計方面便能處于有利地位。實現(xiàn)和驗證各種設(shè)計的測試工具正不斷出現(xiàn)，如用于可利用寬帶連接進行聊天的游戲系統(tǒng)，能將數(shù)據(jù)發(fā)送至音響系統(tǒng)的音樂播放機，以及可從 WAN 切換至 LAN 的手機。這些標準化測試工具的出現(xiàn)意味著無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新更多、增長更快，而設(shè)計人員失敗的次數(shù)更少。