WiMAX測試領(lǐng)域

一、WiMAX簡介

　　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點對多點無線網(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)以及實現(xiàn)不同技術(shù)和設(shè)備之間的互通性、兼容性，推動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認證的產(chǎn)品會擁有“WiMAX®CERTIFIED”標(biāo)識。

　　WiMAX的主要工作內(nèi)容有：參照802.16c一致性測試規(guī)范，制定系統(tǒng)文件和一致性陳述(PICS)形式文件，測試整體架構(gòu)和測試目的技術(shù)規(guī)范，及參照ISO/IEC9646系列（等價于ITU-TX.290系列）等有關(guān)一致性測試標(biāo)準(zhǔn)制定抽象測試整體規(guī)范。系統(tǒng)文件的作用是在實際系統(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)的測試

　　WiMAX測試從理論上講應(yīng)該分為兩個層面，即設(shè)備級測試層面和系統(tǒng)測試層面。其中設(shè)備級測試層面是面向設(shè)備制造商的，是WiMAX認證測試流程主要針對的對象；而系統(tǒng)測試層面主要是運營商關(guān)心的范疇。下面就分別予以闡述。

（一）WiMAX認證測試流程

　　1.WiMAX認證術(shù)語解釋

　　WiMAX認證術(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）測試整體架構(gòu)和測試目的；RCT（Radio Conformance Test Specification）射頻一致性測試規(guī)范；PIXIT（Protocol Implementation eXtra Information for Testing）協(xié)議附加陳述文件；ATS（Abstract Test Suite）抽象的測試整體規(guī)范，是所有測試腳本的抽象模板；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的認證過程

　　2.WiMAX認證基本過程

　　WiMAX認證的基本過程包括：（1）各設(shè)備廠商參照WiMAX的PICS文件自行（或委托）進行設(shè)備的預(yù)認證測試；（2）經(jīng)過預(yù)認證測試的設(shè)備送至WiMAX授權(quán)的認證實驗室進行一致性認證，該認證不僅基于WiMAX的TSS&TP、ATS、RCT等配置下的測試計劃和基于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）通過實驗室的一致性認證之后，按照WiMAX認可的互操作測試計劃，該設(shè)備將繼續(xù)在實驗室進行與其他廠家的設(shè)備（至少3家）互操作測試，通過互操作測試的設(shè)備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標(biāo)識；（4）若上述任何環(huán)節(jié)測試沒有通過，待測設(shè)備都將返回第一步重新測試。

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

　　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等5部分。其基本文件格式如下：（表1中對應(yīng)參數(shù)在802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中有詳細說明，這里不一一贅述）。




（二）運營角度關(guān)心的系統(tǒng)測試

　　參照802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容以及WiMAXPICS中的測試項選擇的進展情況，考慮到運營商的實際需求，WiMAX測試中涉及到的802.16系統(tǒng)測試大致包括：實驗室測試、外場測試以及網(wǎng)絡(luò)管理測試等3個方面，下面分別進行說明。

　　1.基本測試環(huán)境

　　系統(tǒng)測試的基本測試環(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。實驗室測試與外場測試其設(shè)備構(gòu)成大同小異，基本區(qū)別在于兩點：實驗室測試中空中接口可以用衰減器及信道模擬器等儀器代替，而外場測試是真實的空中接口；從測試規(guī)模上看，實驗室測試是能夠滿足基本功能測試的小規(guī)模配置，而外場測試側(cè)重于中、大規(guī)模的覆蓋、容量等性能測試。

　　從測試的結(jié)果來看，實驗室測試由于測試環(huán)境、條件易于復(fù)制和控制，測試結(jié)果相對是客觀的；而外場測試由于無線環(huán)境復(fù)雜多變，同時與測試人員的操作相關(guān)，因此結(jié)果相對較主觀。





圖2系統(tǒng)測試網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

　　2．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、望遠鏡、數(shù)碼相機及其他配件。

　　3.實驗室測試

　　實驗室測試在室內(nèi)主要借助儀器儀表等客觀工具對系統(tǒng)進行評測，室內(nèi)環(huán)境受外界干擾很小或基本沒有，并且實驗條件易于重復(fù)，測試結(jié)果可以反映出系統(tǒng)的特性，因此實驗室測試是客觀測試。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，就可以精確測試信噪比和系統(tǒng)傳輸性能的關(guān)系。

　　實驗室測試的測試內(nèi)容主要包括：無線電性能測試、系統(tǒng)性能測試及其它相關(guān)測試，主要遵循的標(biāo)準(zhǔn)是802.16-2004。

　?。?）無線電性能測試主要是對設(shè)備的電氣指標(biāo)進行測試，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。

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

　?。?）系統(tǒng)特性測試是指對802.16特有的技術(shù)進行測試，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)、自動傳輸功率控制、QoS等。

　　　①多速率自適應(yīng)技術(shù)（Multi-Rate）測試。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應(yīng)情況，通過本項測試可以驗證這些參數(shù)對應(yīng)情況以及測試系統(tǒng)自適應(yīng)的速率。

　　?、谧詣觽鬏敼β士刂疲ˋTPC）測試。802.16系統(tǒng)中使用了動態(tài)功率控制功能，BS發(fā)送功率控制信息到每個CPE上，CPE根據(jù)這個信息自動調(diào)整發(fā)送功率，使BS上收到的信號電平維持一個預(yù)定的水平。這個功能使得CPE側(cè)在滿足BS需要值的情況下選擇最小功率進行發(fā)送，大大減小了CPE上的功率消耗。

　　?、跶oS測試。802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)定義了802.16系統(tǒng)的4種QoS級別，分別是：UGS、rtPS、nrtPS和BE，在系統(tǒng)中，QoS是通過MAC層的報文優(yōu)先級隊列處理機制實現(xiàn)，在對外表現(xiàn)上，802.16系統(tǒng)的QoS通常通過DSCP（DiffServCodePoint）和802.1p機制來實現(xiàn)。在測試過程中，可以使用IP報文發(fā)生器的二層機制（VLAN）或三層機制（DSCP或ToS字段）來進行。

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

　　4.外場測試

　　外場測試是在室外搭建實際網(wǎng)絡(luò)，測試802.16系統(tǒng)及設(shè)備在實際使用環(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，即使在同一地點進行的測試也會由于周圍不斷移動物體的干擾而導(dǎo)致測試結(jié)果不斷變化，因此，與實驗室內(nèi)測試相比，外場測試環(huán)境和條件很難復(fù)制，測試結(jié)果非常主觀，但外場測試無疑最能體現(xiàn)出802.16系統(tǒng)的特點。

　　對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)性能測試是衡量無線系統(tǒng)性能的關(guān)鍵測試內(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，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，這是外場測試的重點；另一方面，頻率的選擇對無線系統(tǒng)在實際環(huán)境中的傳輸性能有很大影響，802.16-2004中設(shè)計了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是一個新技術(shù)，各國對802.16系統(tǒng)頻率的分配正在討論過程中，在測試中選擇合適的頻率進行測試是保證測試順利進行的一個關(guān)鍵。

　　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40～60米高，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性是設(shè)備安裝維護測試的一個主要指標(biāo)，安裝及維護測試主要包括：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。

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

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

　　覆蓋能力測試是在視距（LOS）和近似視距（NearLOS）條件下，測試系統(tǒng)傳播的最遠距離，主要衡量802.16系統(tǒng)的最大覆蓋能力；抗遮擋能力測試主要測試802.16系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的性能，在測試過程中，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試地點進行測試，測試數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計中，同一類別的數(shù)據(jù)先進行分析比較，然后再對比不同類別之間的測試結(jié)果，這樣可以更準(zhǔn)確的評價系統(tǒng)的性能；穿透測試，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組織的時間表，今年下半年會推出室內(nèi)CPE用于室內(nèi)接入，這項測試的目的是檢驗CPE位于室內(nèi)情況下802.16系統(tǒng)的性能。

　　上面提到的外場測試屬于測試階段中的技術(shù)外場測試，使用的CPE較少，網(wǎng)絡(luò)搭建簡單，當(dāng)進行商用外場測試時，需要詳細規(guī)劃扇區(qū)個數(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)在的外場測試都是技術(shù)外場測試。

　　5.網(wǎng)絡(luò)管理測試

　　網(wǎng)管系統(tǒng)測試主要包括設(shè)備的配置、管理、故障處理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計收集和安全方面的測試。網(wǎng)管測試可以在實驗室測試和外場測試中同步進行。作為一種面向運營的無線接入技術(shù)，802.16系統(tǒng)需要一個功能全面、易于配置和操作的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。對于網(wǎng)管系統(tǒng)的測試主要包括以下幾個項目：配置（Configuration）測試、故障處理（Fault）測試、數(shù)據(jù)統(tǒng)計收集（DataCollection）測試、安全（Security）測試和其它網(wǎng)管測試。

　　本文探討的WiMAX測試話題主要針對固定版本的802.16標(biāo)準(zhǔn)（802.16-2004），因為基于特定技術(shù)的測試往往滯后于標(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802.16標(biāo)準(zhǔn)體系的測試還為時尚早。從應(yīng)用的角度看，802.16技術(shù)的閃光點將體現(xiàn)在具有移動特性的802.16e版本上，不難預(yù)見，用戶管理、移動性管理、移動網(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)測試的焦點與核心。