發布日期：2022-07-14 點擊率：59
最新版的WiMAX標準可以提供讓用戶自由移動所需的移動服務。當然,正如任何新的技術都會帶來硬件測試需求一樣,在研發實驗室,需要進行產品認證和針對標準的一致性測試；在產品線上,需要進行查錯和維護操作。正確和精確的測試有助于確保來自各個制造商的WiMAX設備之間具有完善的互操作性。
由于WiMAX解決方案主要用于城域寬帶無線接入(BWA)應用,因此必須克服由于大樓和其它障礙物引起的多徑效應。正是基于這個原因,業界開發出了正交頻分復用(OFDM)版本的WiMAX用于固定WiMAX,移動WiMAX則采用正交頻分多路接入(OFDMA)技術,這種技術是多用戶版的OFDM。與TDMA相比,它可以給多個用戶更靈活地分配帶寬,并能提供更低的延時。
移動WiMAX的信道帶寬與固定WiMAX非常相似,而且兩者共享調制類型。兩者之間的關鍵區別是移動WiMAX必須能夠切換用戶連接,并在不同基站和覆蓋區域內保持連接。固定WiMAX和移動WiMAX之間的比較見表1。
在采用OFDM的WiMAX系統中使用了許多不同的調制格式,每種調制方案都適應特定的傳輸要求。采用這種自適應的調制方案后,在20MHz帶寬內最高可提供73Mb/s的傳送速率。在固定WiMAX系統中使用的OFDM符號采用反向256點快速傅里葉變換(FFT)實現頻域到時域的轉換,而OFDMA版本則使用從128到2048(256除外)可變大小的FFT。
OFDM WiMAX中的每個用戶都可以在任何給定時間點使用所有子載波。而在OFDMA中,子載波的子集被分配給多個用戶,因此能讓許多用戶同時獲得服務。被稱為子信道化的技術則針對每個用戶使用特殊載波群。為了克服多徑干擾效應,這些子載波分配是動態變化的。
WiMAX系統可以采用時分復用(TDD)、頻分復用(FDD)或半雙工FDD配置方案。在TDD方案中,基站(BS)和用戶臺(SS)都用相同的頻率發送,但在時間上分開來。基站發送一個下行鏈路的子幀,緊跟著是一個叫做發送/接收轉換間隙(TTG)的短暫間隙,然后再由單個用戶發送上行鏈路的子幀。用戶是被精確同步的,因此他們的傳送信號在到達基站時相互間不會重疊。在所有的上行鏈路子幀發送完之后,在基站再次開始發送之前,系統會分配另一個叫做接收/發送轉換間隙(RTG)的短暫間隙。每個用戶上行鏈路子幀的開始都有一個前導碼,可以幫助基站同步每個用戶站。
表1:移動WiMAX與固定WiMAX的比較。
在韓國,移動WiMAX被稱為WiBro,即無線寬帶的簡稱。WiBro采用與移動WiMAX相同的IEEE 標準,但在相對于基站的用戶速度性能方面略有增強。WiBro只使用TDD和的最大信道帶寬。使用頻段的WiBro可以與WiMAX設備互操作,在韓國將成為電纜、DSL和WLAN的有力競爭對手。
信號測試
為了評估WiMAX接收器和器件,需要用信號發生器產生的已知測試信號代替WiMAX發送器發出的信號。為了模擬用于接收器評估的信號,信號發生器必須向被測設備提供能夠完全匹配WiMAX標準信號要求的頻率范圍、調制類型和調制帶寬。由于WiMAX信號具有突發特性,從突發信號的起始(前導)到突發數據的信號幅度是不同的,因此用于WiMAX接收器測試的信號發生器也應提供可編程的功率控制來模仿WiMAX信號的這種動態功率特征。它還必須能夠精確測量誤碼率(BER)。
一旦WiMAX測試信號產生后,就必須對它們進行分析。測試基站單元或便攜式設備的移動WiMAX性能需要使用一臺信號分析儀,如安立公司的Signature MS2781B高性能信號分析儀(圖1)。這種儀器需要仿效IEEE 基站的工作,因為分析儀必須能夠檢測和記錄WiMAX系統使用的整個頻率范圍和全部調制格式。
在需要節省獨立分析儀和信號發生器占用空間的生產環境中,也可以使用實際功能相當于一臺分析儀和一臺發生器的單一測量工具,如安立公司的MS269xA系列產品。MS2690A是專門針對移動WiMAX測試的嚴格要求開發的,具有創新的基礎頻率下變頻轉換機制,因此不需要使用50Hz到6GHz頻率范圍內的預選濾波電路。MS2691A中包含有一個頻率范圍高達的預選器。
發送器測量
移動WiMAX發送器需要做哪些測試呢？由WiMAX標準定義的發送器測試項目包括了最大輸出功率、發送器頻譜平坦度、發送器相對星座誤差(RCE)和誤差向量幅度(EVM)、發送器功率電平控制、發射頻譜抑制(針對未許可頻段)、相鄰信道功率比(ACPR)、雜散電平以及諧波電平。
許可機構一般都頒布針對其領域中具有特殊要求的頻譜抑制。有了寬帶信號分析儀后,這些WiMAX射頻發送器的所有測量項目都可以做,包括頻率、功率電平、干擾和調制質量的測試。由于WiMAX系統非常依賴于精確數字調制和解調功能,因此許多表征移動WiMAX設備發送器的測量與調制質量有關。
為了避免干擾,發送信道必須保持在規定的頻率范圍內,并采用規定的功率電平。因此兩個更基本的WiMAX發送器測量與表征WiMAX設備發送信號的頻率和功率有關。因為WiMAX信號采用突發方式發送信號,因此對頻率精度的發送器測試要求信號分析儀具有足夠的瞬時帶寬來捕捉感興趣的全部信號。表2給出了針對各種WiMAX工作頻率范圍和標準的信道帶寬。
表2:不同WiMAX標準的參數比較。
頻率精度測量要求WiMAX信號在測量之前先要解調。相關WiMAX規范要求WiMAX發送器的頻率容限為設置頻率的2ppm以內,這對 WiMAX器件來說相當于7kHz。WiMAX標準對支持Mesh網絡的器件的要求略松一點,其要求為設置頻率的20ppm。
在功率方面重要的是要記住WiMAX設備是以幀的形式發送信號,信號幅度從一幀的開始到結束是不斷變化的。例如一幀的開始或前導碼的功率一般要比數據部分高3dB。WiMAX標準要求基本的WiMAX功率測量結果位于±的相對幅度精度內。
在WiMAX突發信號中使用了接收信號強度指示(RSSI),不過只是位于突發信號的前導部分。由于WiMAX突發信號的復雜性,必須使用一臺以上的普通功率計才能實現精確的功率測量。另外,由于WiMAX信號調制帶寬比較寬,因此不可能用傳統的頻譜分析儀評估它們的調制質量。相反,精確的WiMAX發送器測量應該使用可編程的信號分析儀和應用軟件。
由于WiMAX信號的突發性,更先進的固定和移動WiMAX發送器測量經常表現為時間的函數。發送器質量測量包括接收到的時間信號、EVM/RCE、頻譜平坦度、相對時間的EVM、相鄰信道的功率比(ACPR)、相鄰信道的頻譜平坦度、功率譜密度(PSD)以及累積互補分布函數(CCDF)。
WiMAX接收器的測試方法與發送器測試相類似,但用了高性能信號發生器代替WiMAX系統的正常發送器。典型的WiMAX接收器測量包括靈敏度、最大輸入電平、相鄰信道和交織信道抑制、參考時序精度、BER和用戶站上行鏈路發送時間跟蹤精度,它與指示用戶站改變時序的參考時序精度相類似。
圖1:安立公司的Signature MS2781B高性能信號分析儀。
結果評估
如果不能解釋測試結果,即使再優秀的測量功能也沒有意義。由于IEEE OFDMA信號非常復雜,而為了執行眾多的移動WiMAX發送器測量又需要精確的數字解調,因此很容易遺漏問題或錯誤理解測試結果。例如定義不正確的突發數據會導致測試過程中的解調失敗。
為了盡可能提高WiMAX測量的精度,需要關注測試細節和聲波測量操作。幸運的是,高性能測量工具提供的高等級性能和內置測量功能可以用來實現評估全球移動和固定WiMAX發送器與接收器所需的復雜測量。
作者:Eric Hakanson
安立公司
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