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(kuò)展；
　　·Wi-Fi采用了更加復(fù)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?fù)性，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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(dá)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(jī)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(jī)的結(jié)合。每一類都代表著一種能匹配或超過計算機(jī)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(fù)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(fù)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(fù)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(dāng)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(zhǔn)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(dāng)兩個站試圖向該 AP 發(fā)送消息時就會重復(fù)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(jī)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(lán)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(fù)擔(dān)。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(dāng)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(jī)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(fù)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(jìn)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(jìn)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(jī)與接收機(jī)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(jìn)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(qiáng)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(fù)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(qiáng)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(fù)測試條件則非常困難。測試的設(shè)置需要使用復(fù)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(jìn)入的金屬箱，這樣才能達(dá)到測試的可重復(fù)性。

而 WiFi 的移動特性使測試的設(shè)置更加復(fù)雜。測試必須設(shè)法重復(fù) 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(jī)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(fù)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(dá)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(tuán)隊可以利用供應(yīng)商提供的軟件對這些系統(tǒng)進(jìn)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(rèn)證，而是讓開發(fā)團(tuán)隊確信自己的設(shè)計會通過認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)的新版。例如，802.11q標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行定制。”Azimuth公司 的 Cronin 也同意可編程性是測試跟上標(biāo)準(zhǔn)變化的關(guān)鍵。他說：“如果我們的工具里沒有可編程能力，標(biāo)準(zhǔn)的變化就會成為開發(fā)人員創(chuàng)立自己的特定工具的負(fù)擔(dān)。”

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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jī)，以及可從 WAN 切換至 LAN 的手機(jī)。這些標(biāo)準(zhǔn)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。