移動WiMax參數(shù)指標(biāo)及射頻測試淺析

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作者：北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院鄧中亮黃嘉銘時間：2007-03-09 來源：今日電子

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WiMax技術(shù)要在具體的應(yīng)用場景中體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢，才能得到市場的認(rèn)可，這就需要通過應(yīng)用測試來衡量系統(tǒng)的性能參數(shù)。根據(jù)WiMax論壇制定的系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)以及測試要求，WiMax的測試方法分為三部分：協(xié)議分析、無線射頻分析、傳輸性能分析。本文主要介紹移動WIMAX參數(shù)指標(biāo)，介紹了一些針對802.16d(2004)、802.16e(2005)的標(biāo)準(zhǔn)信號射頻性能測試。

WiMAX簡介

WiMAX，即全球微波接入兼容(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，是WiMAX論壇仿照WiFi在全球市場成功的模式，而在IEEE定義的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上定義的。802.16在設(shè)計之初，是定位在固定無線傳輸?shù)囊环N寬帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而在2005年12月7日最終凍結(jié)的802.16e(正式名稱叫802.16-2005)在原來802.16d的基礎(chǔ)上增加了移動性，保證802.16e接入設(shè)備能夠在基站之間切換，從而也成為新一代WMAN寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)，而且是具有移動性的標(biāo)準(zhǔn)，一般也稱作Mobile WiMAX。作為最新出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，MobileWiMAX采用了很多先進(jìn)技術(shù)來獲得高數(shù)據(jù)速率，包括：OFDMA、智能天線技術(shù)自適應(yīng)波束成型、時空碼STC以及多重輸入輸出MIMO等。WiMax采用700MHz～66GHz的頻帶，傳送速度為2Mb/s～6Mb/s，距離為 3.2km。如果在有效距離內(nèi)的路線不被干擾，其速度會更快，范圍也會更廣。

WiMAX的相關(guān)測試規(guī)范是技術(shù)工作組(TWG)制定的，這些工作都是針對固定無線接入的設(shè)備，對于移動無線接入設(shè)備的測試工作在IEEE 802.16e的標(biāo)準(zhǔn)定稿后才正式啟動。RCT(radio conformance test specification)規(guī)定了收發(fā)信機的基帶和射頻信號測試流程和測試條件，用于測試射頻接口與IEEE 802.16-2004規(guī)范的實現(xiàn)一致性程度。該文件適用于Wireless MAN-OFDM，Wireless HUMAN(-OFDM)空中接口。

移動WiMax參數(shù)指標(biāo)

在2006年3月WiMax論壇的報告中表明，由于移動WiMax基于OFDMA伸縮性,可以通過調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù),對不同帶寬進(jìn)行靈活地配置，認(rèn)為移動WiMAX系統(tǒng)的性能應(yīng)該由以下方面來做定量評價。在以下各表中，表1提供系統(tǒng)參數(shù)，表2概述OFDMA參數(shù)，表3顯示了用于傳輸性能評價模型。

WiMAX射頻測試淺析

根據(jù)WiMAX參數(shù)，射頻測試主要是對WiMAX技術(shù)的物理層的關(guān)鍵指標(biāo)和性能進(jìn)行評估和驗證，一般按照基站側(cè)和終端側(cè)進(jìn)行區(qū)分，并且在每一側(cè)都分別對發(fā)射機和接收機進(jìn)行測試。具體而言，射頻參數(shù)測試中的核心內(nèi)容通常包括接收機的靈敏度、CP值、幀定時；發(fā)射機的循環(huán)前綴與符號定時、調(diào)制與編碼、頻譜平坦度、功率控制、相對星座圖誤差、頻譜模板等內(nèi)容。需要注意的是，射頻參數(shù)測試不僅應(yīng)該參考WiMAX認(rèn)證中RCT文檔的要求，而且，對于發(fā)射機的功率要求、雜散等具體的地區(qū)性指標(biāo)，還需要符合所在地區(qū)無線電管理部門的規(guī)定，即一般所說的要通過頻率核準(zhǔn)的測試。

● 測試設(shè)備

實驗室測試設(shè)備主要由以下產(chǎn)品組成：射頻分析儀(發(fā)射、接收)；矢量信號源，支持OFDM調(diào)制，可以設(shè)置到802.16-2004的幀級，功率可按照802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)調(diào)整；矢量信號分析儀，支持OFDM解調(diào)，可以設(shè)置到802.16-2004的幀級，能對MAC的PDU進(jìn)行編輯；頻譜儀，支持OFDM解調(diào)；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。

外場測試設(shè)備包括：實驗室測試的全部設(shè)備；路測儀(信道下行掃描及解碼功能)、室外終端、車載電源、GPS、激光測距儀、羅盤、望遠(yuǎn)鏡、數(shù)碼相機及其他配件。外場測試需要實際安裝系統(tǒng)設(shè)備，為保證測試效果，基站天線通常需要保證一定的高度，通常至少需要40～60m高，CPE可以放在測試車上。外場測試項目包括設(shè)備安裝及維護(hù)測試和系統(tǒng)性能及特性測試兩部分。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)測試的一個主要指標(biāo)，安裝及維護(hù)測試主要包括：基站及天線安裝測試、基站電源冗余配置測試、基站熱插拔卡測試以及CPE及天線安裝測試等。

● 測試流程

首先對接收機進(jìn)行測試，測試指標(biāo)包括接收機靈敏度和動態(tài)范圍，對發(fā)射機的測試，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(shù)據(jù)信道輸出功率、發(fā)射機傳導(dǎo)性雜散發(fā)射、調(diào)制性能等。最后還包括終端的吞吐率性能測試，包括上行和下行吞吐率測試。

● 接收機測試

在進(jìn)行WiMax放大器及模塊測試時，需要輸入一個理想的測試信號，在進(jìn)行BS(基站)，RS(中繼站)或SS(終端)接收機性能測試時，需要輸入一個經(jīng)過空間信道傳輸?shù)臏y試信號，在對靈敏度測試時，需要對誤碼率進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計。

● 發(fā)射測試

發(fā)射器信道帶寬是最先進(jìn)行的測試，它決定了發(fā)射器發(fā)射信號的頻譜特性。通過頻譜的形狀和特性可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計上的許多錯誤，并能大概推算出系統(tǒng)符號速率的錯誤率。載波頻率測試用于測試可能引起相鄰頻段信道干擾或影響接收器載波恢復(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。

在使用功率計測試WiMAX信號時使用Scope Mode，通過測量Power Vs Time，進(jìn)行門限掃描，可以得出Burst平均功率。在使用頻譜儀在進(jìn)行時域測試時，為了準(zhǔn)確的得出測量結(jié)果，需要使得測量帶寬覆蓋WiMAX信號帶寬。下圖顯示的是使用Rohde&Schwarz公司的頻譜儀FSL測試時，時域上對WiMAX信號的Preamble功率進(jìn)行測量結(jié)果，如圖1所示。