3G接入WLAN測試方案 WLAN測試基本概念

【摘要】介紹了WLAN的基本概念及其測試，并且在此基礎(chǔ)上介紹了羅德與施瓦茨公司的全面測試解決方案。
1 引言
隨著中國三大運(yùn)營商3G網(wǎng)絡(luò)的正式運(yùn)行，以及手機(jī)WLAN（WAPI）的近期開閘入網(wǎng)，3G與WLAN這兩種技術(shù)將會(huì)相互互補(bǔ)，它們的融合也將越來越緊密。WLAN系統(tǒng)的高速率可以與3G移動(dòng)通信技術(shù)的高移動(dòng)性及大覆蓋范圍相結(jié)合：在熱點(diǎn)地區(qū)通過WLAN為用戶提供廉價(jià)而更高帶寬的“游牧”式無線數(shù)據(jù)服務(wù)，在其它地區(qū)和高速移動(dòng)中通過3G技術(shù)提供真正“漫游”式的無線數(shù)據(jù)服務(wù)，這類融合會(huì)使WLAN在3G終端方面也會(huì)像WLAN在PC方面取得同樣的成功。同時(shí)，3G終端也增加了WLAN的研發(fā)、認(rèn)證和生產(chǎn)測試需求。
2 WLAN測試基本概念
IEEE 802.11是IEEE無線局域網(wǎng)（WLAN）的標(biāo)準(zhǔn)，它包括802.11a，b，g，以及采用最新MIMO和OFDM技術(shù)的下一代無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.11n等，這里我們主要介紹802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)。
IEEE 802.11b在1997年發(fā)布，是IEEE 802.11在2.4~2.4835GHz頻段的一個(gè)補(bǔ)充，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)11Mbit/s，調(diào)制方式采用補(bǔ)碼鍵控(CCK：Complementary Code Keying)，運(yùn)作模式分點(diǎn)對點(diǎn)模式和基本模式兩種。數(shù)據(jù)傳輸速率可在11，5.5，2，1Mbit/s上自動(dòng)切換，向下兼容。
IEEE 802.11a在1999年發(fā)布，是IEEE 802.11在5.15~5.825GHz頻段的一個(gè)補(bǔ)充。由于IEEE 802.11b工作的2.4GHz頻段是公開的，不需要執(zhí)照，這個(gè)頻段不但是工業(yè)、教育、醫(yī)療專用，甚至還有微波爐和無繩電話工作，因此電磁波干擾非常嚴(yán)重。因此，IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5.15~5.825GHz頻段，802.11a數(shù)據(jù)速率可達(dá)54Mbit/s或72Mbit/s(Turbo)，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)和BPSK，QPSK，16QAM及64QAM調(diào)制方式。
IEEE 802.11g在2003年發(fā)布，擴(kuò)展了802.11b標(biāo)準(zhǔn)到更高的傳輸速率。它包括以前的802.11b標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了在2.4GHz的ISM頻段上802.11a標(biāo)準(zhǔn)的OFDM的傳輸技術(shù)。在物理層上，數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)和調(diào)制格式與802.11g和802.11a都是相同的，只是傳輸頻率不同。它在2.4GHz的頻段上，數(shù)據(jù)速率可達(dá)54Mbit/s，并向下兼容。關(guān)鍵技術(shù)有DSSS，CCK，PBCC(包二進(jìn)制卷積)和OFDM技術(shù)。
由于這3種802.11標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，相應(yīng)的測試參數(shù)及要求也不盡相同。具體的測試項(xiàng)目可以大致分為以下幾種：
WLAN IEEE 802.11a/b/g 測試方法

3 羅德與施瓦茨公司的WLAN 測試方案
WLAN 射頻模塊的測試，根據(jù)上述802.11a/b/g 相應(yīng)的規(guī)范，可以分為發(fā)射機(jī)測試和接收機(jī)測試兩部分。需要注意的是，測試WLAN，特別是802.11n，需要帶寬很寬的測量儀表。客戶現(xiàn)有的儀器中，有些就是由于帶寬的限制而不能升級WLAN 測試功能。羅德與施瓦茨公司能提供從研發(fā)、認(rèn)證到生產(chǎn)的各種測試儀表和解決方案。
（1）射頻和協(xié)議研發(fā)、認(rèn)證測試方案
射頻測試方案如傳統(tǒng)的矢量信號源 SMx（如SMU200A）及矢量信號分析儀FSx 系列(如FSQ/FSV)或者綜合測試儀CMW500/280。這些儀器的帶寬都非常寬，因此只要加上相應(yīng)的WLAN 測試選件，就能進(jìn)行WLAN各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測試。信號分析儀的測量選件測試功能主要包括發(fā)射頻譜模板、頻譜平坦度、各種調(diào)制參數(shù)（EVM，星座圖，比特流，IQ 參數(shù)）及CCDF 等。關(guān)于接收機(jī)的測試，除了使用信號源在WLAN 模塊的測試模式下進(jìn)行以外，也可以模擬信令模式，進(jìn)行接收機(jī)的PER（誤包率）的性能測試，關(guān)于PER 測試，羅德與施瓦茨公司網(wǎng)站上的應(yīng)用文檔1GP56《802.11 Packet Error Rate Testing》有詳細(xì)介紹。
協(xié)議測試方案如 PTW70。PTW70 是IEEE802.11 多種模式的協(xié)議測試儀，支持802.11a 和802.11g 系統(tǒng)，即它提供從射頻前端、物理協(xié)議層和MAC 協(xié)議層一直到應(yīng)用程序測試的多種功能。在802.11b 標(biāo)準(zhǔn)測試方面，重點(diǎn)放在互通性測量上，尤其是802.11b 和802.11g 互通性測試的監(jiān)控模式和分析功能。PTW70 是包括從芯片組到整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)在內(nèi)的WLAN 系統(tǒng)組件不可或缺的故障診斷工具。依賴其自身所含的WLAN 軟件和硬件模塊，PTW70 可用于評測不同系統(tǒng)組件之間的交互性和測試不同技術(shù)之間的兼容性。PTW70 在分析儀模式下，可以模擬IEEE802.11 參考模型的WLAN 接入點(diǎn)或基站；在偵測或監(jiān)測模式下可以記錄WLAN 小區(qū)內(nèi)
的數(shù)據(jù)通訊及消息。
（2）生產(chǎn)測試方案，CMW500/280 寬帶綜合測試儀
CMW500/280 是一臺多標(biāo)準(zhǔn)的無線綜合測試儀。除了支持2G 和3G 等各個(gè)蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)外，還可以支持WLAN等非蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)。CMW500/280集成了矢量信號源和分析儀的寬帶無線通信測試儀，提供WLAN終端的全面測量，同時(shí)測試速度的極大提升將會(huì)大大降低生產(chǎn)測試成本。CMW500/280由于帶寬高達(dá)40MHz，因此不但支持802.11a/b/g，還能支持最新的802.11n。它具備全面的測試功能，包括WLAN的發(fā)射機(jī)模塊測試，如發(fā)射功率；OFDM，DSSS解調(diào)，EVM vs Symbol，EVM vs Carrier，EVM vs Chip，IQ星座圖等調(diào)制參數(shù)；以及頻譜模板等測量，還包括接收機(jī)模塊的測試，如CMW儀器上產(chǎn)生各種WLAN信號進(jìn)行FER及RSSI的測試。
值得一提的是，得益于RS創(chuàng)新的“Multi-Evaluation”并行測試方法（見圖1），CMW的測試速度比以往綜測儀可快上數(shù)倍。一般來說，我們要測試的發(fā)射機(jī)性能可以分為功率/功率時(shí)間曲線、調(diào)制質(zhì)量、頻譜3大類指標(biāo)。以往采用傳統(tǒng)方法測試這3大類指標(biāo)時(shí)，都分別對這3類指標(biāo)采用如下流程：采集數(shù)據(jù)→存儲→評估分析。因此，為了測得這3大指標(biāo)要采集3次數(shù)據(jù)。我們知道，采集數(shù)據(jù)因?yàn)樾枰占銐蚨嗟臉颖?，是最占用測試時(shí)間的。如果能改進(jìn)流程，只采集一次數(shù)據(jù)，存儲起來，3大指標(biāo)的分析都使用同一組采集數(shù)據(jù)，就至少能節(jié)省兩次數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。CMW的“Multi-Evaluation”就是采用這一創(chuàng)新方法，其流程是：采集數(shù)據(jù)→存儲→多重評估（Multi-Evaluation）。使用該流程，只需采集一次數(shù)據(jù)，就可以測試所有的發(fā)射指標(biāo)。因而相對傳統(tǒng)的測試方法成倍地提高了測試速度。

圖1為CMW500“Multi-Evaluation”并行測試界面，本例顯示CMW同時(shí)測試802.11g的EVM vs Symbol，EVM vs Carrier和Spectrum指標(biāo)。
另外，由于中國允許帶WAPI的3G手機(jī)入網(wǎng)，可以預(yù)見，3G＋WLAN手機(jī)的生產(chǎn)測試需求會(huì)大量增加。由于消費(fèi)者希望手機(jī)集成越來越多的功能。因此，很多3G手機(jī)大都具備藍(lán)牙，GPS，調(diào)頻（FM）收音機(jī)，甚至可能包含手機(jī)電視CMMB。一臺手機(jī)集成了這么多的功能，測試自然會(huì)相應(yīng)增加。如果使用傳統(tǒng)的儀器搭建這樣的測試，最多的情況下，需要用6臺不同的測試儀器：2G/3G手機(jī)綜測儀，WLAN綜測儀，藍(lán)牙綜測儀，GPS信號源，F(xiàn)M信號源，CMMB信號源。
首先設(shè)備投資需增加，并且測試系統(tǒng)復(fù)雜度會(huì)大大增加且?guī)砭S護(hù)費(fèi)用的增加；其次，由于要測試的通信標(biāo)準(zhǔn)增加，測試時(shí)間會(huì)大大加長。其結(jié)果是總體的生產(chǎn)測試成本會(huì)大大增加。因此，手機(jī)廠商將面對這樣一個(gè)難題：測試支持多無線技術(shù)的手機(jī)時(shí)，測試成本相應(yīng)大大提高。但是，消費(fèi)者卻不能接受多標(biāo)準(zhǔn)、多功能手機(jī)比以前貴太多。
如果使用CMW500/280，就可以很好地解決這一難題。由于CMW500/280是一臺多標(biāo)準(zhǔn)的無線綜合測試儀。它可以支持2G/3G標(biāo)準(zhǔn)和WLAN，藍(lán)牙，GPS，F(xiàn)M以及CMMB標(biāo)準(zhǔn)。這樣，測試多標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)就只需要一臺儀器，這降低了設(shè)備投資，并大大簡化了生產(chǎn)測試系統(tǒng)。因而解決了上面的設(shè)備投資和測試系統(tǒng)復(fù)雜帶來的問題。另外，CMW在各個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)都采用了創(chuàng)新的RS的“Multi-Evaluation”并行測試方法，再加上適用于2G/3G手機(jī)射頻校準(zhǔn)的“Smart Alignment”快速智能校準(zhǔn)技術(shù)，可以大大減少測試時(shí)間，從而大大緩解由于通信標(biāo)準(zhǔn)增加帶來的測試時(shí)間加長的問題。所以，使用CMW可以在增加通信標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，測試成本卻沒有明顯增加，這利于廠商生產(chǎn)出性價(jià)比更高的多無線標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)。
4 結(jié)束語
3G終端的WLAN的開放以及這兩種技術(shù)完美的互補(bǔ)應(yīng)用，將帶來越來越多支持WLAN的3G終端，并推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展。但是，由于消費(fèi)者不希望3G+WLAN以及其它無線技術(shù)的手機(jī)比以往的手機(jī)貴太多，因此手機(jī)廠商需要優(yōu)化測試流程，采用創(chuàng)新的測試技術(shù)，從而降低測試多標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)的測試成本。羅德與施瓦茨公司的CMW500/280順應(yīng)了這一需求，由于采用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和測試?yán)砟?，CMW能幫助客戶生產(chǎn)出性價(jià)比更高的支持各種無線技術(shù)的手機(jī)。