无线网络WiMax射频的测试方法

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WiMAX技术要在具体的应用场景中体现出自身的优势,才能得到市场的认可,这就需要通过应用测试来衡量系统的性能参数。WiMAX的测试方法分为三部分：协议分析、无线射频分析,传输性能分析。根据协议分析、无线射频分析和传输性能分析得出测试的综合结果。
WiMAX 接收测试
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在进行WiMAX放大器及模块测试时,需要输入一个理想的测试信号;在进行BS(基站),RS(中继站)或SS(终端)接收机性能测试时,需要输入一个经过空间信道传输的测试信号。
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数字矢量信号源SMU/SMJ/SMATE可以产生包含了完整的无线帧设置,MAC(媒体接入层)设置,信道编码等符合规范或用户自定义的WiMAX信号。
无线帧设置
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8 {" S$ ~' }8 [. a: ?OFDM模式

9 @; f6 `6 Q& H- D" L图1是OFDM TDD模式的帧结构。
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图1 OFDM模式帧机构

, J/ S- \. ~( I0 y$ ~下行子帧包含三个部分：Preamble(前导),FCH(帧控制头)和下行data burst。
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8 W( P5 G7 H& r8 D  y6 nPreamble位于上下行子帧的起始,用于收发信机之间的同步以及信道估计。在符号结构上分为long preamble和short preamble：long preamble用于下行子帧,由两个符号组成,其中第一个符号每四个子载波出现一次,第二个符号每两个子载波出现一次。Short preamble用于上行子帧,由一个符号组成,每两个子载波出现一次,如果下行子帧传输多个data burst,那么每个burst之间的midamble也是 short preamble。

FCH(Frame control header)位于Long Preamble之后,由一个符号组成,包含了一些系统信息如基站ID和DL data burst的属性,用于接收机进行解调。
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DL Burst包含了MAC PDU(协议数据单元)和一些广播信息,如DL-MAP、UL-MAP、DCD(下行信道描述)、UCD(上行信道描述)。一个完整的PDU应由48比特的MAC Header,Payload(资料段)和循环冗余校验CRC组成。
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上行子帧除了Preamble和UL PDU之外,还包含了ranging(测距)部分。Ranging的过程是由SS发送请求给BS,以进行发射功率,时延和频偏的调整。
OFDMA模式
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+ t6 V' R" ~# }: ~9 Z* X$ O图2是OFDMA模式的帧结构。
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图2 OFDMA模式帧机构

由于引入了基于logical subchannel(逻辑子信道)的Access,OFDMA的无线帧结构要复杂一些。图2显示了由symbol number和subchannel number组成的帧结构平面,Preamble,FCH,广播信息和data burst都分布在此平面上。这个平面由Zone和segment组成,它们彼此通过symbol offset和subchannel offset区分。

对于subchannel的使用分为PUSC和FUSC,即部分使用subchannel和全部使用subchannel,而subchannel分为六组,其数量由FFT Size决定,FFT Size 2048/1024/512/128分别对应60/30/15/3个subchannel。
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8 [- E4 n  _, R9 KRS信号源SMU目前可支持Preamble, FCH, DL-map, UL-map, ranging, MAC PDU(MAC Headerayload;CRC)的自动生成或自定义设置。对于OFDMA(WiBro)模式,可支持多达8个Zones和3个segments的配置。
' a  g6 |  R: @) c0 O3 x4 ~WiMAX信号产生应用
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3 B$ ?. ]4 Z; G+ l" [预设置帧结构

4 Q+ ^4 E$ o4 f2 s. ^+ ~802.16测试规范中并没有定义类似于3GPP的test model,只是给出了一些用于接收机灵敏度测试的test message,在SMU中预设置了三种不同长度(288/864/1536bits)的message,并且每一种message都提供了不同的调制方式和编码速率。这项应用可以方便快捷的生成WiMAX信号。

上下行信号同步发射

在一些基站,直放站,模块等测试环境中,常常需要WiMAX信号同时包含上下行部分,模拟相互之间的干扰。内置两个信号通路的SMU提供了该项功能。
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: g" H8 |  O4 ]. d5 B& VTDD模式：通过基带单元A触发基带单元B,并且在基带部分进行叠加,再通过调整两者之间的触发时延,便可以用一路射频通道输出包含完整上下行数据的TDD信号。

FDD模式：如果上下行信号载频间隔不超过+/-40MHz,则可以通过上述基带叠加功能,再设置相应的频偏即可;如果载频间隔较大,则可以通过两路射频分别输出同步触发的上下行信号。

/ o# a; ?# J+ ?- a* C5 a1 v7 m衰落模拟应用

9 Z+ j$ U: ?* L* H7 l- u! y& G收发信机之间的传输常常在空间信道下进行,其间不仅存在视距传播,还包含了由于环境影响产生的反射和折射,以及在移动状态下产生的多普勒频移等。SMU提供了多达40个路径的衰落仿真器,可以模拟多种衰落属性以及动态衰落环境。
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- L. v3 b/ P: e' S. `! HWiMAX规范暂未给出标准的衰落模型,目前一般使用3GPP规范提供的模型或SUI1-6(Stanford University Interim)进行测试,而WiMAX Forum的技术工作组也在讨论是否在这些模型的基础上衍生出WiMAX的测试标准。
9 x: u) R+ k& S5 y- [& |WiMAX 发射测试

# @% \4 p9 N( S* q* y; l功率测量
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' z9 B, w+ ]* Z$ D功率计测试：NRP提供了三种测量WiMAX信号功率的方法
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Duty cycle：已知Frame周期和Burst长度,即占空比,可用该模式测试Burst平均功率。
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+ t6 J$ ]& R2 M( h, xScope Mode：通过测量Power Vs Time,进行门限扫描,可以得出Burst平均功率。
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Burst Mode：通过功率探头的触发功能进行Burst捕获,得出Burst平均功率。
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其中后两种方法不需要知道WiMAX信号具体的帧结构信息。
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) o6 D* W7 C: z7 w频谱仪测试

时域测量

, [" c4 C" I% u% z3 _" ]图3显示的是时域上对WiMAX信号的Preamble功率进行测量,为了准确的得出测量结果,需要使得测量带宽覆盖WiMAX信号带宽。
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( g) D0 J  A) V3 s图3 对WiMAX信号的Preamble功率进行测量(时域)

5 m( ], j( d, N. _7 j% x由于仪器当中使用的滤波器SF(shape factor)不一样,如果使用模拟中频滤波器,其带宽要等于5倍的信号带宽;如果使用信道滤波器,其带宽要大于信号带宽。
% N! a/ m  v" n2 z频域测量
5 ]$ F" h+ }' `1 o7 U
首先要使WiMAX信号的SF尽量接近滤波器的SF，由该组数据可看出应选择10KHz RBW
4 J3 k+ H3 ?& p' X! l
% j5 G2 r5 Y  t3 H# i! U·WiMAX
, D2 z, B! ?- X
B3dB=1.798MHz, B60dB=2.248MHz→SF60/3=1.25

8 h0 f) p8 W- B0 k' V4 |·RBW filter 10kHz

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

·RBW filter 200kHz
0 L& G) X9 _; M' X/ b$ v- g0 b8 \
' |* c8 V' j- F6 V: {=196.5kHz, B60dB=1.898MHz→SF60/3=9.66

& p- ?- x- A; o( p1 b. L其次要选择合适的扫描时间，TSweep=NSweep points·TSignal Cyde，假设频谱仪的扫描点数为625，被测信号周期10ms，则最小扫描时间是6.25s，如果扫描时间过短，每个扫描点不能覆盖一个完整的信号周期，则不能反映其真实的频域信息。
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数字矢量信号源SMU/SMJ/SMATE可以产生包含了完整的无线帧设置