WiMax技術的測試方法

　　WiMax技術要在具體的應用場景中體現出自身的優勢，才能得到市場的認可，這就需要通過應用測試來衡量系統的性能參數。WiMax的測試方法分為三部分：協議分析、無線射頻分析，傳輸性能分析。根據協議分析、無線射頻分析和傳輸性能分析得出測試的綜合結果。

　　WiMax 接收測試

　　在進行WiMax放大器及模塊測試時，需要輸入一個理想的測試信號;在進行BS(基站)，RS(中繼站)或SS(終端)接收機性能測試時，需要輸入一個經過空間信道傳輸的測試信號。

　　數字矢量信號源SMU/SMJ/SMATE可以產生包含了完整的無線幀設置，MAC(媒體接入層)設置，信道編碼等符合規范或用戶自定義的WiMax信號。

　　無線幀設置

　　OFDM模式

　　圖1是OFDM TDD模式的幀結構。

　　圖1 OFDM模式幀機構

　　下行子幀包含三個部分：Preamble(前導)，FCH(幀控制頭)和下行data burst。

　　Preamble位于上下行子幀的起始，用于收發信機之間的同步以及信道估計。在符號結構上分為long preamble和 short preamble：long preamble用于下行子幀，由兩個符號組成，其中第一個符號每四個子載波出現一次，第二個符號每兩個子載波出現一次。Short preamble用于上行子幀，由一個符號組成，每兩個子載波出現一次，如果下行子幀傳輸多個data burst，那么每個 burst之間的midamble也是 short preamble。

　　FCH(Frame control header)位于Long Preamble之后，由一個符號組成，包含了一些系統信息如基站ID和DL data burst的屬性，用于接收機進行解調。

　　DL Burst包含了MAC PDU(協議數據單元)和一些廣播信息，如DL-MAP、UL-MAP、DCD(下行信道描述)、UCD(上行信道描述)。一個完整的PDU應由48比特的MAC Header，Payload(資料段)和循環冗余校驗CRC組成。

　　上行子幀除了Preamble和UL PDU之外，還包含了ranging(測距)部分。Ranging的過程是由SS發送請求給BS，以進行發射功率，時延和頻偏的調整。

　　OFDMA模式

　　圖2是OFDMA模式的幀結構。

　　圖2 OFDMA模式幀機構

　　由于引入了基于logical subchannel(邏輯子信道)的Access，OFDMA的無線幀結構要復雜一些。圖2顯示了由symbol number和subchannel number組成的幀結構平面，Preamble，FCH，廣播信息和data burst都分布在此平面上。這個平面由Zone和segment組成，它們彼此通過symbol offset和 subchannel offset區分。

　　對于subchannel的使用分為PUSC和FUSC，即部分使用subchannel和全部使用subchannel，而subchannel分為六組，其數量由FFT Size決定，FFT Size 2048/1024/512/128分別對應60/30/15/3個subchannel。

　　RS信號源SMU目前可支持Preamble, FCH, DL-map, UL-map, ranging, MAC PDU(MAC Header

　　WiMax信號產生應用

　　預設置幀結構

　　802.16測試規范中并沒有定義類似于3GPP的test model，只是給出了一些用于接收機靈敏度測試的test message，在SMU中預設置了三種不同長度(288/864/1536bits)的message，并且每一種message都提供了不同的調制方式和編碼速率。這項應用可以方便快捷的生成WiMax信號。

　　上下行信號同步發射

　　在一些基站，直放站，模塊等測試環境中，常常需要WiMax信號同時包含上下行部分，模擬相互之間的干擾。內置兩個信號通路的SMU提供了該項功能。

　　TDD模式：通過基帶單元A觸發基帶單元B，并且在基帶部分進行疊加，再通過調整兩者之間的觸發時延，便可以用一路射頻通道輸出包含完整上下行數據的TDD信號。

　　FDD模式：如果上下行信號載頻間隔不超過+/-40MHz，則可以通過上述基帶疊加功能，再設置相應的頻偏即可;如果載頻間隔較大，則可以通過兩路射頻分別輸出同步觸發的上下行信號。

　　衰落模擬應用

　　收發信機之間的傳輸常常在空間信道下進行，其間不僅存在視距傳播，還包含了由于環境影響產生的反射和折射，以及在移動狀態下產生的多普勒頻移等。SMU提供了多達40個路徑的衰落仿真器，可以模擬多種衰落屬性以及動態衰落環境。

　　WiMax規范暫未給出標準的衰落模型，目前一般使用3GPP規范提供的模型或SUI1-6(Stanford University Interim)進行測試，而WiMax Forum的技術工作組也在討論是否在這些模型的基礎上衍生出WiMax的測試標準。

　　WiMax 發射測試

　　功率測量

　　功率計測試：NRP提供了三種測量WiMax信號功率的方法

　　Duty cycle：已知Frame周期和Burst長度，即占空比，可用該模式測試Burst平均功率。

　　Scope Mode：通過測量Power Vs Time，進行門限掃描，可以得出Burst平均功率。

　　Burst Mode：通過功率探頭的觸發功能進行Burst捕獲，得出Burst平均功率。

　　其中后兩種方法不需要知道WiMax信號具體的幀結構信息。

　　頻譜儀測試

　　時域測量

　　圖3顯示的是時域上對WiMax信號的Preamble功率進行測量，為了準確的得出測量結果，需要使得測量帶寬覆蓋WiMax信號帶寬。

　　圖3 對Wimax信號的Preamble功率進行測量(時域)

　　由于儀器當中使用的濾波器SF(shape factor)不一樣，如果使用模擬中頻濾波器，其帶寬要等于5倍的信號帶寬;如果使用信道濾波器，其帶寬要大于信號帶寬。

　　頻域測量

　　首先要使Wimax信號的SF盡量接近濾波器的SF，由該組數據可看出應選擇10KHz RBW

　　·WiMAX

　　B3dB=1.798MHz, B60dB=2.248MHz→SF60/3=1.25

　　·RBW filter 10kHz

　　B3dB=9.91kHz, B60dB=53.45kHz→SF60/3=5.39

　　·RBW filter 200kHz

　　B3dB=196.5kHz, B60dB=1.898MHz→SF60/3=9.66

　　其次要選擇合適的掃描時間，TSweep=NSweep points·TSignal Cyde，假設頻譜儀的掃描點數為625，被測信號周期 10ms，則最小掃描時間是6.25s，如果掃描時間過短，每個掃描點不能覆蓋一個完整的信號周期，則不能反映其真實的頻域信息。

　　信號幅度統計測量

　　Crest factor指的是信號峰值功率與rms功率的比值。對于TDD信號而言，有兩種定義：Burst CF(僅評估Burst)和 Total CF(評估整個信號周期)，兩者之間的關系是RTotal= RBurst+101-D，其中D為信號占空比。例如，一個WiMax信號周期10ms，

　　burst長度2ms，Burst CF為8，則Total CF為：

　　RTotal=8dB+101-0.2+8dB+6.3dB=14.3dB

　　有兩種方法可以測試crest factor，

　　(1)分別使用rms和peak detector掃描信號軌跡，計算差值。

　　圖4 rms和peak detector掃描信號軌跡

　　如圖4所示，將頻譜儀設置為Power Vs Time模式，掃描周期為一個Burst長度，兩條軌跡分別為max hold和average，兩者之間的差值即為crest factor

　　(2)使用頻譜儀內置測量功能。

　　RS信號分析儀FSQ的WiMax選件中包含了Crest factor測量功能，當然我們需要進行正確的設置以保證對大量的level采樣值進行評估。

　　Rms Level測量

　　該項測試中，必須保證評估時間是WiMax信號周期的整數倍，如圖5左端顯示。而評估時間過長或過短，則會得出圖5右端錯誤的rms level測量結果。

　　圖5 Rms Level測量

　　Peak level測量

　　圖6 Peak Level測量