1 WiMAX簡(jiǎn)介

　　無線接入互聯(lián)網(wǎng)和無線多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的巨大需求推動(dòng)了無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信技術(shù)寬帶化,，IP化和移動(dòng)化成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。WiMAX技術(shù)" title="WiMAX技術(shù)">WiMAX技術(shù)是以IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的寬帶無線接入技術(shù),，近兩年發(fā)展迅速,，并逐漸成為城域?qū)拵o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),，是未來無線寬帶接入系統(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砗喜⒃鲆?，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" title="射頻模塊">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描述(見圖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”,，以保證主信道外沒有過多的功率發(fā)射,。

　　R&S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 R&S的WiMAX射頻模塊測(cè)試解決方案

　　●信號(hào)源：使用R&S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：R&S FSQ系列頻譜儀及選件R&S FSQ-K92可支持 802.16-2004-OFDM信號(hào)分析;或者使用R&S 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R&S FSL系列頻譜儀及選件R&S 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R&S網(wǎng)頁www.rohde-schwarz.com下載)：它通過GPIB或LAN控制R&S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。R&S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(見圖 5),。

　　圖5 R&S 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,、無線射頻一致性和互操作性,。對(duì)于最后一項(xiàng)條件，來自不同制造商的產(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)無線電管理部門的規(guī)定,，即一般所說的要通過頻率核準(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)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍;對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試指標(biāo)包括開環(huán)輸出功率范圍，閉環(huán)功率控制范圍,，最大射頻輸出功率,，最小受控輸出功率，待機(jī)輸出功率,，DRC信道輸出功率,，ACK信道輸出功率，數(shù)據(jù)信道輸出功率,，發(fā)射機(jī)傳導(dǎo)性雜散發(fā)射,，調(diào)制性能等;最后，還包括終端的吞吐率性能測(cè)試,，包括上行和下行吞吐率測(cè)試,。

　　3.2 R&S TS8970 WiMAX射頻一致性認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)

　　WiMAX論壇選擇了R&S公司的TS8970測(cè)試系統(tǒng)作為IEEE802.16e-2005移動(dòng)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的無線射頻一致性測(cè)試系統(tǒng)(見圖6)。在2006年5月韓國(guó)和維也納的WiMAX會(huì)議上,，R&S第一次推出了這套系統(tǒng),。伴隨著WiMAX論壇正在進(jìn)行的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作，R&S也正在TS8970系統(tǒng)上實(shí)行所有必須的測(cè)試用例,。

　　圖6 R&S WiMAX射頻一致性認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)

　　R&S TS8970系統(tǒng)是基于R&S公司高端儀表的基礎(chǔ)上,，采用了信號(hào)源SMU200A及其選件SMx-K49作為信號(hào)產(chǎn)生部分，信號(hào)分析儀FSQ及其選件FSQ-K93作為信號(hào)分析部分,，所需的信令連接部分采用了一個(gè)OEM的基站和終端模擬器,。同時(shí)，還有一個(gè)全自動(dòng)的射頻開關(guān)矩陣,，它的頻率達(dá)到 6GHz,，可以保證測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)件之間每個(gè)測(cè)試用例要求的信號(hào)轉(zhuǎn)換通路。

　　與R&S TS895x 2G和3G移動(dòng)通信的認(rèn)證系統(tǒng)一樣,，R&S TS8970系統(tǒng)使用了可靠的RS-PASS控制軟件,。由于它具有模塊化和獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，整個(gè)軟件可以在TS8970中迅速實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)特定的一些應(yīng)用,，如全自動(dòng)的射頻路徑校準(zhǔn)補(bǔ)償、系統(tǒng)自檢程序和所有的管理、控制程序(如版本瀏覽器,、測(cè)試用例和測(cè)試序列編輯器,、測(cè)試參數(shù)和結(jié)果管理)，這些都可以直接使用,，不需要做改變,。此外，最初的WiMAX指定的一些測(cè)試用例可以使用一些RS-PASS基本程序來開發(fā),。而且,，R&S TS8970是第一套全部使用以太網(wǎng)控制的測(cè)試系統(tǒng)。

　　4 WiMAX終端無線測(cè)試儀CMW270

　　在生產(chǎn)測(cè)試方面,，R&S最新推出了集非信令測(cè)試和信令測(cè)試于一體的WiMAX802.16e終端無線測(cè)試儀CMW270,，可以滿足用戶在非信令模式測(cè)量，信令模式測(cè)量和功能驗(yàn)證,，校準(zhǔn),、服務(wù)和質(zhì)量保證等各種WiMAX測(cè)試領(lǐng)域的需求(見圖7)。

　　圖7 WiMAX終端無線測(cè)試儀CMW270

　　對(duì)于在非信令模式下射頻測(cè)量方面,，CMW270可以提供快速的發(fā)射機(jī)測(cè)量,，測(cè)試發(fā)射機(jī)的突發(fā)功率，鄰信道功率ACP,，EVM和IQ不平衡度等調(diào)制指標(biāo),，中心頻率誤差，頻譜平坦度,，頻譜雜散模版等頻譜性能,。并內(nèi)置了ARB信號(hào)源用于接收機(jī)測(cè)量，測(cè)試接收機(jī)在保持一定的PER或BER情況下的接收機(jī)靈敏度和最大輸入電平等指標(biāo),。此外,，CMW270內(nèi)置了通用的RF信號(hào)源和RF功率計(jì)，可以完成如外部射頻電纜校準(zhǔn)等通用測(cè)量功能,。

　　對(duì)于信令模式下的射頻驗(yàn)證,，CMW270可以提供實(shí)時(shí)信令，從而可以作為一個(gè)基站模擬器使用,。此時(shí)的WiMAX終端可以像在一個(gè)實(shí)際的 WiMAX網(wǎng)絡(luò)中一樣進(jìn)行操作,，修改一些必要的發(fā)射參數(shù)，模擬各種復(fù)雜的測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試,。例如,，測(cè)量載波干擾噪聲信號(hào)比CINR和接收信號(hào)強(qiáng)度指示 RSSI等指標(biāo)，以及開機(jī)搜索,、功率控制等物理層和MAC層功能的驗(yàn)證,。

　　對(duì)于質(zhì)量保證和服務(wù)等方面的應(yīng)用,，用戶也可以通過外部的顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤來進(jìn)行手工操作,，完成儀器所有的設(shè)置和測(cè)量,。

　　由于具有實(shí)時(shí)信令模擬的能力，CMW270可以測(cè)試不同芯片廠商的終端而不需要特殊的測(cè)試模式接口,，從而大大降低了測(cè)試時(shí)間和測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜度,。由于儀器體積小巧，CMW270可以很方便地集成到生產(chǎn)線中去,，并且可以通過LAN,，IEC/IEEE總線或者USB2.0接口來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

　　CMW270的頻率范圍從100MHz~6GHz,，并且具有高信號(hào)質(zhì)量和精度,，包括QPSK和QAM等各種調(diào)制方式和從1/2,，2/3到3/4各種信道編碼方式,，從而可以滿足目前WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的各種要求。

　　更進(jìn)一步,，CMW270采用了模塊化的平臺(tái)結(jié)構(gòu),，從而可以輕松地適應(yīng)未來IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)。內(nèi)部的測(cè)量和信令功能是由可編程邏輯器件FPGA和數(shù)字信號(hào)處理器DSP來完成的,，從而可以通過固件升級(jí)的方式來輕松升級(jí),，適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的變化。

　　CMW270還提供了應(yīng)用測(cè)試的功能,，通過在各種不同的測(cè)試場(chǎng)景下外部PC發(fā)送和接收TCP/IP數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)或語音)來測(cè)試數(shù)據(jù)吞吐量,。

　　由于其快速的測(cè)量能力、高精確度和面向未來的平臺(tái)設(shè)計(jì)理念,，R&S CMW270為用戶提供了WiMAX 移動(dòng)終端的高性能,、低成本的測(cè)試解決方案。

　　5 WiMAX無線覆蓋測(cè)試系統(tǒng)TSMW

　　在完成了WiMAX的網(wǎng)絡(luò)部署之后,，就要對(duì)WiMAX的網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行測(cè)量并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中存在的干擾進(jìn)行測(cè)試,，結(jié)合WiMAX終端還可以在現(xiàn)網(wǎng)中測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的QoS。R&S針對(duì)802.16e使用TSMW網(wǎng)絡(luò)掃頻儀對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋測(cè)量以及干擾分析,。通過Romes路測(cè)軟件的控制,，可以解析出針對(duì)ID Cell和PA Index對(duì)小區(qū)進(jìn)行覆蓋測(cè)量。輸出Preamble的覆蓋質(zhì)量(CINR)和覆蓋電平(RSSI)參數(shù),。同時(shí),，TSMW還可以對(duì)每個(gè)ID Cell的多徑進(jìn)行測(cè)量，這樣輸出結(jié)果不僅包括了所有多徑的合成功率,，還針對(duì)每路多徑分別給出RSSI和CINR,。由于TSMW可以對(duì)每個(gè)Segment 的所有小區(qū)進(jìn)行測(cè)量,，因此可以通過該功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之后的頻率優(yōu)化。

　　TSMW本身為獨(dú)立雙端口接收機(jī)設(shè)置,，單一通道有20MHz的帶寬,，因此在設(shè)備的研發(fā)初期就考慮了對(duì)MIMO的支持(見圖8)。它的頻段范圍可以達(dá)到6GHz,，滿足所有的頻段需求,，內(nèi)置12通道高靈敏度GPS接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量同GSS系統(tǒng)的完美結(jié)合,。它在射頻性能上表現(xiàn)尤其突出,，內(nèi)置預(yù)選器，可以提高對(duì)于接收系統(tǒng)干擾的抑制和儀表本身的動(dòng)態(tài)范圍,，噪聲系數(shù)極低,，極大地提高了儀表的底噪指標(biāo)。并且提供的IQ數(shù)據(jù)直接獲取也給研發(fā)階段一些非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的分析提供了可能,。

　　圖8 WiMAX無線覆蓋測(cè)試系統(tǒng)TSMW

　　6 結(jié)束語

　　在產(chǎn)品研發(fā)階段,，R&S WiMAX射頻儀器強(qiáng)大的功能和出色的性能確保廠商能及時(shí)、準(zhǔn)確地驗(yàn)證其射頻模塊和部件;在產(chǎn)品認(rèn)證階段,，R&S利用其在移動(dòng)通信一致性認(rèn)證測(cè)試中的領(lǐng)先地位,，率先提供了TS8970以滿足WiMAX整機(jī)射頻一致性測(cè)試的需求;在生產(chǎn)測(cè)試階段，R&S有集WiMAX信令和非信令模式于一體的的生產(chǎn)測(cè)試解決方案——WiMAX終端無線測(cè)試儀CMW270,，從而提供了從研發(fā),、認(rèn)證到生產(chǎn)的全系列測(cè)試解決方案。