WiMax射頻測(cè)試應(yīng)用

摘要： 本文主要結(jié)合了Rohde&Schwarz公司的測(cè)試儀器如矢量信號(hào)源SMU200A、功率計(jì)NRP、頻譜儀FSL、信號(hào)分析儀FSQ等，介紹了一些針對(duì)802.16d(2004)、802.16e(2005)/WiBro標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)射頻性能測(cè)試的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： WiMAX；測(cè)試

WiMax技術(shù)要在具體的應(yīng)用場(chǎng)景中體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)，才能得到市場(chǎng)的認(rèn)可，這就需要通過(guò)應(yīng)用測(cè)試來(lái)衡量系統(tǒng)的性能參數(shù)。WiMax的測(cè)試方法分為三部分：協(xié)議分析、無(wú)線(xiàn)射頻分析，傳輸性能分析。根據(jù)協(xié)議分析、無(wú)線(xiàn)射頻分析和傳輸性能分析得出測(cè)試的綜合結(jié)果。
  
WiMax 接收測(cè)試

在進(jìn)行WiMax放大器及模塊測(cè)試時(shí)，需要輸入一個(gè)理想的測(cè)試信號(hào)；在進(jìn)行BS(基站)，RS(中繼站)或SS(終端)接收機(jī)性能測(cè)試時(shí)，需要輸入一個(gè)經(jīng)過(guò)空間信道傳輸?shù)臏y(cè)試信號(hào)。
數(shù)字矢量信號(hào)源SMU/SMJ/SMATE可以產(chǎn)生包含了完整的無(wú)線(xiàn)幀設(shè)置，MAC(媒體接入層)設(shè)置，信道編碼等符合規(guī)范或用戶(hù)自定義的WiMax信號(hào)。

無(wú)線(xiàn)幀設(shè)置

OFDM模式

圖1是OFDM TDD模式的幀結(jié)構(gòu)。

圖1 OFDM模式幀機(jī)構(gòu)

下行子幀包含三個(gè)部分：Preamble(前導(dǎo))，F(xiàn)CH(幀控制頭)和下行data burst。
Preamble位于上下行子幀的起始，用于收發(fā)信機(jī)之間的同步以及信道估計(jì)。在符號(hào)結(jié)構(gòu)上分為long preamble和short preamble：long preamble用于下行子幀，由兩個(gè)符號(hào)組成，其中第一個(gè)符號(hào)每四個(gè)子載波出現(xiàn)一次，第二個(gè)符號(hào)每?jī)蓚€(gè)子載波出現(xiàn)一次。Short preamble用于上行子幀，由一個(gè)符號(hào)組成，每?jī)蓚€(gè)子載波出現(xiàn)一次，如果下行子幀傳輸多個(gè)data burst，那么每個(gè)burst之間的midamble也是 short preamble。

FCH(Frame control header)位于Long Preamble之后，由一個(gè)符號(hào)組成，包含了一些系統(tǒng)信息如基站ID和DL data burst的屬性，用于接收機(jī)進(jìn)行解調(diào)。

DL Burst包含了MAC PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)和一些廣播信息，如DL-MAP、UL-MAP、DCD(下行信道描述)、UCD(上行信道描述)。一個(gè)完整的PDU應(yīng)由48比特的MAC Header，Payload(資料段)和循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC組成。

上行子幀除了Preamble和UL PDU之外，還包含了ranging(測(cè)距)部分。Ranging的過(guò)程是由SS發(fā)送請(qǐng)求給BS，以進(jìn)行發(fā)射功率，時(shí)延和頻偏的調(diào)整。

OFDMA模式

圖2是OFDMA模式的幀結(jié)構(gòu)。

圖2 OFDMA模式幀機(jī)構(gòu)

由于引入了基于logical subchannel(邏輯子信道)的Access，OFDMA的無(wú)線(xiàn)幀結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些。圖2顯示了由symbol number和subchannel number組成的幀結(jié)構(gòu)平面，Preamble，F(xiàn)CH，廣播信息和data burst都分布在此平面上。這個(gè)平面由Zone和segment組成，它們彼此通過(guò)symbol offset和subchannel offset區(qū)分。

對(duì)于subchannel的使用分為PUSC和FUSC，即部分使用subchannel和全部使用subchannel，而subchannel分為六組，其數(shù)量由FFT Size決定，F(xiàn)FT Size 2048/1024/512/128分別對(duì)應(yīng)60/30/15/3個(gè)subchannel。

RS信號(hào)源SMU目前可支持Preamble, FCH, DL-map, UL-map, ranging, MAC PDU(MAC Header;Payload;CRC)的自動(dòng)生成或自定義設(shè)置。對(duì)于OFDMA(WiBro)模式，可支持多達(dá)8個(gè)Zones和3個(gè)segments的配置。

WiMax信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)用

預(yù)設(shè)置幀結(jié)構(gòu)

802.16測(cè)試規(guī)范中并沒(méi)有定義類(lèi)似于3GPP的test model，只是給出了一些用于接收機(jī)靈敏度測(cè)試的test message，在SMU中預(yù)設(shè)置了三種不同長(zhǎng)度(288/864/1536bits)的message，并且每一種message都提供了不同的調(diào)制方式和編碼速率。這項(xiàng)應(yīng)用可以方便快捷的生成WiMax信號(hào)。

上下行信號(hào)同步發(fā)射

在一些基站，直放站，模塊等測(cè)試環(huán)境中，常常需要WiMax信號(hào)同時(shí)包含上下行部分，模擬相互之間的干擾。內(nèi)置兩個(gè)信號(hào)通路的SMU提供了該項(xiàng)功能。

TDD模式：通過(guò)基帶單元A觸發(fā)基帶單元B，并且在基帶部分進(jìn)行疊加，再通過(guò)調(diào)整兩者之間的觸發(fā)時(shí)延，便可以用一路射頻通道輸出包含完整上下行數(shù)據(jù)的TDD信號(hào)。

FDD模式：如果上下行信號(hào)載頻間隔不超過(guò)+/-40MHz，則可以通過(guò)上述基帶疊加功能，再設(shè)置相應(yīng)的頻偏即可；如果載頻間隔較大，則可以通過(guò)兩路射頻分別輸出同步觸發(fā)的上下行信號(hào)。

衰落模擬應(yīng)用

收發(fā)信機(jī)之間的傳輸常常在空間信道下進(jìn)行，其間不僅存在視距傳播，還包含了由于環(huán)境影響產(chǎn)生的反射和折射，以及在移動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的多普勒頻移等。SMU提供了多達(dá)40個(gè)路徑的衰落仿真器，可以模擬多種衰落屬性以及動(dòng)態(tài)衰落環(huán)境。

WiMax規(guī)范暫未給出標(biāo)準(zhǔn)的衰落模型，目前一般使用3GPP規(guī)范提供的模型或SUI1－6(Stanford University Interim)進(jìn)行測(cè)試，而WiMax Forum的技術(shù)工作組也在討論是否在這些模型的基礎(chǔ)上衍生出WiMax的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

WiMax 發(fā)射測(cè)試

功率測(cè)量

功率計(jì)測(cè)試：NRP提供了三種測(cè)量WiMax信號(hào)功率的方法

Duty cycle：已知Frame周期和Burst長(zhǎng)度，即占空比，可用該模式測(cè)試Burst平均功率。
Scope Mode：通過(guò)測(cè)量Power Vs Time，進(jìn)行門(mén)限掃描，可以得出Burst平均功率。
Burst Mode：通過(guò)功率探頭的觸發(fā)功能進(jìn)行Burst捕獲，得出Burst平均功率。
其中后兩種方法不需要知道WiMax信號(hào)具體的幀結(jié)構(gòu)信息。

頻譜儀測(cè)試

時(shí)域測(cè)量

圖3顯示的是時(shí)域上對(duì)WiMax信號(hào)的Preamble功率進(jìn)行測(cè)量，為了準(zhǔn)確的得出測(cè)量結(jié)果，需要使得測(cè)量帶寬覆蓋WiMax信號(hào)帶寬。

圖3  對(duì)Wimax信號(hào)的Preamble功率進(jìn)行測(cè)量(時(shí)域)

由于儀器當(dāng)中使用的濾波器SF(shape factor)不一樣，如果使用模擬中頻濾波器，其帶寬要等于5倍的信號(hào)帶寬；如果使用信道濾波器，其帶寬要大于信號(hào)帶寬。

頻域測(cè)量

首先要使Wimax信號(hào)的SF盡量接近濾波器的SF，由該組數(shù)據(jù)可看出應(yīng)選擇10KHz RBW