WiMAX技術(shù)及射頻模塊測(cè)試方案

　　無(wú)線接入互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的巨大需求推動(dòng)了無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信技術(shù)寬帶化，IP化和移動(dòng)化成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。WiMAX技術(shù)是以IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，近兩年發(fā)展迅速，并逐漸成為城域?qū)拵o(wú)線接入技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。WiMAX系統(tǒng)主要有兩個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是滿足固定寬帶無(wú)線接入的WiMAX802.16d標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是滿足固定和移動(dòng)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)WiMAX802.16e標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：

　　(1)OFDM/OFDMA

　　正交頻分復(fù)用OFDM是一種高速傳輸技術(shù)，是未來(lái)無(wú)線寬帶接入系統(tǒng)/下一代蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在WiMAX系統(tǒng)中，OFDM/OFDMA技術(shù)為物理層技術(shù)。OFDMA系統(tǒng)可以支持長(zhǎng)度為2048，1024，512和128的FFT點(diǎn)數(shù)。通常向下數(shù)據(jù)流被分為邏輯數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流可以采用不同的調(diào)制及編碼方式，以及以不同信號(hào)功率接入不同信道特征的用戶端;向上數(shù)據(jù)流子信道采用多址方式接入，通過(guò)下行發(fā)送的媒質(zhì)接入?yún)f(xié)議MAP分配子信道傳輸上行數(shù)據(jù)流。

　　(2)HARQ

　　HARQ技術(shù)因?yàn)樘岣吡祟l譜效率，所以可以明顯提高系統(tǒng)吞吐量，同時(shí)因?yàn)橹貍骺梢詭?lái)合并增益，間接擴(kuò)大了系統(tǒng)的覆蓋范圍。16e中只支持卷積碼(CC)、卷積Turbo碼(CTC)的HARQ方式。

　　(3)AMC

　　AMC在WiMAX的應(yīng)用中有其特有的技術(shù)要求，由于AMC技術(shù)需要根據(jù)信道條件來(lái)判斷將要采用的編碼方案和調(diào)制方案，所以AMC技術(shù)必須根據(jù)WiMAX的技術(shù)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)AMC功能。與CDMA技術(shù)不同的是，由于WiMAX物理層采用的是OFDM技術(shù)，所以時(shí)延擴(kuò)展、多普勒頻移、小區(qū)的干擾和PAPR值等對(duì)于OFDM解調(diào)性能有重要影響的信道因素必須被考慮到AMC算法中，用于調(diào)整系統(tǒng)編碼調(diào)制方式，達(dá)到系統(tǒng)瞬時(shí)最優(yōu)性能。

　　(4)MIMO

　　對(duì)于未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，如何能夠在非視距和惡劣信道下保證高的QoS是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，也是移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。對(duì)于SISO系統(tǒng)，如果要滿足上述要求就需要較多的頻譜資源和復(fù)雜的編碼調(diào)制技術(shù)，而頻譜資源的有限和移動(dòng)終端的特性都制約著SISO系統(tǒng)的發(fā)展，所以MIMO是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。MIMO技術(shù)主要有兩種表現(xiàn)形式，即空間復(fù)用和空時(shí)編碼，這兩種形式在WiMAX協(xié)議中都得到了應(yīng)用。協(xié)議還給出了同時(shí)使用空間復(fù)用和空時(shí)編碼的形式。MIMO技術(shù)能顯著地提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，可以大大提高系統(tǒng)的性能，是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的一個(gè)重要方向。圖1為MIMO系統(tǒng)原理圖。

　　圖1 MIMO系統(tǒng)原理圖

　　2 WiMAX射頻模塊測(cè)試

　　2.1 WiMAX發(fā)射機(jī)測(cè)試

　　以功率放大器為例，說(shuō)明WiMAX發(fā)射機(jī)的測(cè)試。

　　為了全面衡量WiMAX功放的性能，除了傳統(tǒng)的增益，1dB壓縮點(diǎn)和最大輸出功率外，往往還需要測(cè)試以下參數(shù)：

　　圖2 頻率誤差引起的載波間干擾

　　(1)“突發(fā)”輸出功率。

　　(2)頻率誤差。頻率誤差可以用相對(duì)于頻譜儀中心頻率的載波頻率誤差來(lái)描述(見(jiàn)圖2)。收發(fā)信機(jī)間的頻率誤差將引起各個(gè)子載波頻譜相對(duì)于接收機(jī)FFT頻率的移動(dòng)，產(chǎn)生載波間干擾(ICI)。

　　(3)符號(hào)時(shí)鐘誤差。指相對(duì)于系統(tǒng)采樣時(shí)鐘的參考符號(hào)時(shí)鐘與實(shí)際測(cè)量的符號(hào)時(shí)鐘之差。如果符號(hào)時(shí)鐘比參考時(shí)鐘低會(huì)使OFDM信號(hào)比所要求的長(zhǎng)，引起子載波間距減小;反之，則引起子載波間距增加。兩種情況都產(chǎn)生載波間干擾，使信號(hào)的EVM性能惡化。

　　(4)EVM(誤差矢量幅度)。這是最重要的測(cè)試參數(shù)之一，以保證放大器在輸出足夠功率的同時(shí)獲得良好的信號(hào)質(zhì)量。EVM的結(jié)果可以對(duì)所有載波、數(shù)據(jù)載波和導(dǎo)頻載波。

　　(5)ACPR(鄰信道功率比)。ACPR指相鄰信道測(cè)得的功率與主信道功率之比，反映放大器失真對(duì)鄰信道的干擾。

　　(6)頻譜平坦度。反映WiMAX信號(hào)子載波的功率變化，它測(cè)量每個(gè)子載波的平均功率對(duì)所有子載波平均功率的偏離。

　　(7)頻譜差(Spectrum Difference)。測(cè)量突發(fā)前導(dǎo)部分相鄰子載波的功率差異。

　　(8)頻譜模板(Spectrum Mask)。測(cè)量發(fā)信機(jī)發(fā)射頻譜的“輪廓”，以保證主信道外沒(méi)有過(guò)多的功率發(fā)射。

　　RS為WIMAX功放測(cè)試提供了快速、準(zhǔn)確的解決方案。測(cè)試設(shè)置如圖3所示，主要包括3部分：

　　圖3 RS的WiMAX射頻模塊測(cè)試解決方案

　　●信號(hào)源：使用RS信號(hào)源SMU200A或SMJ100A并加上相應(yīng)選件K49，就可以方便地產(chǎn)生802.16 -2004-OFDM，WIMAX 802.16e OFDMA和WIBRO信號(hào)。其中，SMU200A除具有極佳的射頻及基帶性能外，還帶有強(qiáng)大的衰落模擬功能，更適合研發(fā)使用。

　　●頻譜儀：RS FSQ系列頻譜儀及選件RS FSQ-K92可支持 802.16-2004-OFDM信號(hào)分析;或者使用RS FSQ及選件FSQ-K93，可以支持WiMAX 802.16e OFDMA和WIBRO信號(hào)的分析;也可選擇RS FSL系列頻譜儀及選件RS FSL-K92，支持802.16-2004-OFDM信號(hào)的分析。

　　●免費(fèi)的外部PC軟件DemoMeas_WiMAX(可以從RS網(wǎng)頁(yè)www.rohde-schwarz.com下載)：它通過(guò)GPIB或LAN控制RS信號(hào)源(SMU200或SMJ100)和頻譜儀(FSQ或FSL)。如圖4所示，用戶只需在左邊欄目選擇待測(cè)的參數(shù)，軟件可自動(dòng)完成測(cè)試所需的設(shè)置，而且可同時(shí)生成測(cè)試報(bào)告。

　　圖4 在FSQ上進(jìn)行WiMAX頻譜和星座圖測(cè)試界面

　　2.2 WiMAX接收機(jī)測(cè)試

　　為了測(cè)試WiMAX接收機(jī)的性能，尤其是802.16e，衰落環(huán)境下的測(cè)試顯得尤為重要。SMU200A內(nèi)置了衰落模擬器，可以模擬單通道40徑或者雙通道20徑的衰落環(huán)境，每個(gè)路徑均可進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，如損耗、延時(shí)、移動(dòng)速度、多普勒頻移等。目前，SUI(Stanford University Interim)模型(SUI1-SUI6)和ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)模型(OIP-A/B和V-A)可以用來(lái)進(jìn)行相關(guān)的WiMAX衰落測(cè)試。在SMU200A的衰落模擬器中，預(yù)定義了SUI和ITU模型，用戶可直接調(diào)用。

　　使用傳統(tǒng)的測(cè)試方法測(cè)試MIMO的性能需要兩個(gè)信號(hào)源和相應(yīng)的衰落模擬器。但由于SMU200A(或者基帶源AMU200A)可以提供兩路完全獨(dú)立的基帶和射頻通道，因此只需一臺(tái)儀器就實(shí)現(xiàn)MIMO測(cè)試。每路信號(hào)可以模擬4個(gè)衰落通道，并針對(duì)WiMAX提供了空時(shí)編碼。RS的單臺(tái)儀器解決方案，不僅節(jié)約了空間和成本，而且對(duì)于兩路信號(hào)及衰落通道的同步和合成提供了方便的設(shè)置和準(zhǔn)確的精度。此外，直觀的操作界面也大大方便了操作(見(jiàn)圖5)。

　　圖5 RS SMU200A的MIMO接收機(jī)測(cè)試界面

　　3 WiMAX整機(jī)射頻一致性測(cè)試

　　3.1 WiMAX射頻一致性認(rèn)證測(cè)試簡(jiǎn)介

　　WiMAX論壇的目標(biāo)是把IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的應(yīng)用。它是由制造商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商組成的業(yè)界協(xié)會(huì)，處理除了純技術(shù)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)以外的WiMAX其他所有相關(guān)方面。對(duì)WiMAX基站和終端的產(chǎn)品認(rèn)證是論壇的一個(gè)重要工作。它的目標(biāo)是保證WiMAX服務(wù)在全球的可用性和可靠性。一個(gè)相關(guān)的認(rèn)證工作組CWG負(fù)責(zé)如下相關(guān)的工作：定義認(rèn)證和測(cè)試過(guò)程;列出需要的測(cè)試用例清單;選擇測(cè)試機(jī)構(gòu);選擇一致性測(cè)試系統(tǒng)等。

　　WiMAX產(chǎn)品需要測(cè)試滿足3個(gè)條件，即協(xié)議一致性、無(wú)線射頻一致性和互操作性。對(duì)于最后一項(xiàng)條件，來(lái)自不同制造商的產(chǎn)品需要在一個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行互操作性測(cè)試和性能評(píng)估。前兩項(xiàng)測(cè)試條件需要特殊的測(cè)試系統(tǒng)。WiMAX的相關(guān)測(cè)試規(guī)范是技術(shù)工作組(TWG)制定的，其中一個(gè)重要的射頻一致性測(cè)試規(guī)范RCT(Radio Conformance Test Specification)規(guī)定了收發(fā)信機(jī)的基帶和射頻信號(hào)測(cè)試流程和測(cè)試條件，用于測(cè)試射頻接口與WiMAX規(guī)范的實(shí)現(xiàn)一致性程度。

　　根據(jù)WiMAX參數(shù)，射頻測(cè)試主要是對(duì)WiMAX技術(shù)物理層的關(guān)鍵指標(biāo)和性能進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)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(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試。具體而言，射頻參數(shù)測(cè)試中的核心內(nèi)容通常包括接收機(jī)的靈敏度，CP值和幀定時(shí);發(fā)射機(jī)的循環(huán)前綴與符號(hào)定時(shí)、調(diào)制與編碼、頻譜平坦度、功率控制、相對(duì)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(cè)試不僅應(yīng)該參考WiMAX認(rèn)證RCT文檔的要求，而且對(duì)于發(fā)射機(jī)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(wú)線電管理部門的規(guī)定，即一般所說(shuō)的要通過(guò)頻率核準(zhǔn)的測(cè)試。

　　對(duì)接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試指標(biāo)包括接收機(jī)靈