WiMAX測試領(lǐng)域

一、WiMAX簡(jiǎn)介

　　為了推廣遵循IEEE802.16和ETSIHIPERMAN標準的寬帶無(wú)線(xiàn)接入設備，并確保其兼容性及互操作性，2001年4月9日，由一些業(yè)界領(lǐng)先的通信原器件及設備制造商結成了一個(gè)非營(yíng)利性工業(yè)貿易聯(lián)盟組織，即WiMAX（WorldwideInteroperability for Microwave Access）。

　　WiMAX的目的就是為了促進(jìn)點(diǎn)對多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在全球的開(kāi)展，旨在通過(guò)建立全球統一的設備和技術(shù)標準以及實(shí)現不同技術(shù)和設備之間的互通性、兼容性，推動(dòng)2.5GHz～66GHz頻段的寬帶固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)在全球的推廣。通過(guò)WiMAX認證的產(chǎn)品會(huì )擁有“WiMAX®CERTIFIED”標識。

　　WiMAX的主要工作內容有：參照802.16c一致性測試規范，制定系統文件和一致性陳述(PICS)形式文件，測試整體架構和測試目的技術(shù)規范，及參照ISO/IEC9646系列（等價(jià)于ITU-TX.290系列）等有關(guān)一致性測試標準制定抽象測試整體規范。系統文件的作用是在實(shí)際系統的開(kāi)發(fā)中，制定空中接口的MAC和PHY層必選和可選的特征，必選特征有利于實(shí)際產(chǎn)品之間的互相兼容，而可選特征有利于產(chǎn)品的特色和差異化。

二、與WiMAX有關(guān)的測試

　　WiMAX測試從理論上講應該分為兩個(gè)層面，即設備級測試層面和系統測試層面。其中設備級測試層面是面向設備制造商的，是WiMAX認證測試流程主要針對的對象；而系統測試層面主要是運營(yíng)商關(guān)心的范疇。下面就分別予以闡述。

（一）WiMAX認證測試流程

　　1.WiMAX認證術(shù)語(yǔ)解釋

　　WiMAX認證術(shù)語(yǔ)包括：PICS（ProtocolImplementationConformanceSpecification）協(xié)議一致性陳述文件；TSS&TP（TSS/TP，Test Suite Structure and Test Purposes）測試整體架構和測試目的；RCT（Radio Conformance Test Specification）射頻一致性測試規范；PIXIT（Protocol Implementation eXtra Information for Testing）協(xié)議附加陳述文件；ATS（Abstract Test Suite）抽象的測試整體規范，是所有測試腳本的抽象模板；TTCN（Tree and Tabular Combined Notation）按照樹(shù)狀和列表方式組織的標記方法，是標記ATS的語(yǔ)言。各術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系如圖1（本圖片來(lái)自Intel）所示。





圖1WiMAX的認證過(guò)程

　　2.WiMAX認證基本過(guò)程

　　WiMAX認證的基本過(guò)程包括：（1）各設備廠(chǎng)商參照WiMAX的PICS文件自行（或委托）進(jìn)行設備的預認證測試；（2）經(jīng)過(guò)預認證測試的設備送至WiMAX授權的認證實(shí)驗室進(jìn)行一致性認證，該認證不僅基于WiMAX的TSS&TP、ATS、RCT等配置下的測試計劃和基于802.16f規范的業(yè)務(wù)規定，還將包括設備廠(chǎng)商提供的任何附加陳述文件；（3）通過(guò)實(shí)驗室的一致性認證之后，按照WiMAX認可的互操作測試計劃，該設備將繼續在實(shí)驗室進(jìn)行與其他廠(chǎng)家的設備（至少3家）互操作測試，通過(guò)互操作測試的設備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標識；（4）若上述任何環(huán)節測試沒(méi)有通過(guò)，待測設備都將返回第一步重新測試。

　　因此，從WiMAX認證的基本過(guò)程來(lái)看，比較重要的測試配置和文件是PICS文件，制定和維護PICS也是WiMAX目前最主要的工作，下面就結合具體實(shí)例對PICS文件進(jìn)行介紹。

　　3． 典型配置文件（profile）說(shuō)明

　　在802.16-2004標準中，典型的系統配置文件包括：MAC層配置、物理層配置、射頻配置、雙工模式選擇和功率等級等5部分。其基本文件格式如下：（表1中對應參數在802.16-2004標準中有詳細說(shuō)明，這里不一一贅述）。




（二）運營(yíng)角度關(guān)心的系統測試

　　參照802.16-2004標準的具體內容以及WiMAXPICS中的測試項選擇的進(jìn)展情況，考慮到運營(yíng)商的實(shí)際需求，WiMAX測試中涉及到的802.16系統測試大致包括：實(shí)驗室測試、外場(chǎng)測試以及網(wǎng)絡(luò )管理測試等3個(gè)方面，下面分別進(jìn)行說(shuō)明。

　　1.基本測試環(huán)境

　　系統測試的基本測試環(huán)境包括：基站、終端、IP網(wǎng)絡(luò )、網(wǎng)絡(luò )管理系統，如圖2所示。實(shí)驗室測試與外場(chǎng)測試其設備構成大同小異，基本區別在于兩點(diǎn)：實(shí)驗室測試中空中接口可以用衰減器及信道模擬器等儀器代替，而外場(chǎng)測試是真實(shí)的空中接口；從測試規模上看，實(shí)驗室測試是能夠滿(mǎn)足基本功能測試的小規模配置，而外場(chǎng)測試側重于中、大規模的覆蓋、容量等性能測試。

　　從測試的結果來(lái)看，實(shí)驗室測試由于測試環(huán)境、條件易于復制和控制，測試結果相對是客觀(guān)的；而外場(chǎng)測試由于無(wú)線(xiàn)環(huán)境復雜多變，同時(shí)與測試人員的操作相關(guān)，因此結果相對較主觀(guān)。





圖2系統測試網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

　　2．測試設備

　　實(shí)驗室測試設備主要由以下產(chǎn)品組成：射頻分析儀（發(fā)射、接收）；矢量信號源，支持OFDM調制，可以設置到802.16-2004的幀級，功率可按照802.16-2004標準步進(jìn)調整；矢量信號分析儀，支持OFDM解調，可以設置到802.16-2004的幀級，能對MAC的PDU進(jìn)行編輯；頻譜儀，支持OFDM解調，頻率上限至少支持到17.5GHz；信道模擬器，具備多徑反射模擬功能；天線(xiàn)；衰減器、饋線(xiàn)及其他配件；傳輸性能分析儀；IP性能分析軟件等。

　　外場(chǎng)測試設備包括：實(shí)驗室測試的全部設備；路測儀（信道下行掃描及解碼功能）、室外終端、車(chē)載電源、GPS、激光測距儀、羅盤(pán)、望遠鏡、數碼相機及其他配件。

　　3.實(shí)驗室測試

　　實(shí)驗室測試在室內主要借助儀器儀表等客觀(guān)工具對系統進(jìn)行評測，室內環(huán)境受外界干擾很小或基本沒(méi)有，并且實(shí)驗條件易于重復，測試結果可以反映出系統的特性，因此實(shí)驗室測試是客觀(guān)測試。例如，可以使用信道模擬器和衰減器來(lái)代替無(wú)線(xiàn)鏈路，通過(guò)定量調節BS和CPE之間的路徑損耗，就可以精確測試信噪比和系統傳輸性能的關(guān)系。

　　實(shí)驗室測試的測試內容主要包括：無(wú)線(xiàn)電性能測試、系統性能測試及其它相關(guān)測試，主要遵循的標準是802.16-2004。

　?。?）無(wú)線(xiàn)電性能測試主要是對設備的電氣指標進(jìn)行測試，它主要包括：發(fā)送功率、發(fā)送頻譜屏蔽、雜散發(fā)射、頻率容限、動(dòng)態(tài)接收范圍、同頻信道干擾、鄰道干擾、接收靈敏度和信道帶寬。

　?。?）實(shí)驗室內的系統性能測試主要測試系統的傳輸能力，它主要包括：吞吐量（Throughtput）測試，主要測試上行（CPE至BS）和下行（BS至CPE）兩個(gè)鏈路方向上的傳輸帶寬；延時(shí)（Delay）測試，主要測試BS和CPE之間鏈路的延時(shí)，與室外環(huán)境不同，室內測試沒(méi)有空間傳播延時(shí)，因此這項主要是測試BS和CPE的報文處理速度及系統延時(shí)。

　?。?）系統特性測試是指對802.16特有的技術(shù)進(jìn)行測試，與其它的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)相比，802.16-2004標準中定義了一些新的特性，包括多速率自適應技術(shù)、自動(dòng)傳輸功率控制、QoS等。

　　?、俣嗨俾首赃m應技術(shù)（Multi-Rate）測試。802.16系統中定義了7種不同的調制方式和編碼速率的組合，這種特性使得系統可以根據BS和CPE之間不同的信道狀況來(lái)自動(dòng)的選擇發(fā)送速率，從而更加有效地利用帶寬，提高頻譜利用效率。802.16-2004標準定義了調制方式和編碼速率接收端信噪比的對應情況，通過(guò)本項測試可以驗證這些參數對應情況以及測試系統自適應的速率。

　　?、谧詣?dòng)傳輸功率控制（ATPC）測試。802.16系統中使用了動(dòng)態(tài)功率控制功能，BS發(fā)送功率控制信息到每個(gè)CPE上，CPE根據這個(gè)信息自動(dòng)調整發(fā)送功率，使BS上收到的信號電平維持一個(gè)預定的水平。這個(gè)功能使得CPE側在滿(mǎn)足BS需要值的情況下選擇最小功率進(jìn)行發(fā)送，大大減小了CPE上的功率消耗。

　　?、跶oS測試。802.16-2004標準定義了802.16系統的4種QoS級別，分別是：UGS、rtPS、nrtPS和BE，在系統中，QoS是通過(guò)MAC層的報文優(yōu)先級隊列處理機制實(shí)現，在對外表現上，802.16系統的QoS通常通過(guò)DSCP（DiffServCodePoint）和802.1p機制來(lái)實(shí)現。在測試過(guò)程中，可以使用IP報文發(fā)生器的二層機制（VLAN）或三層機制（DSCP或ToS字段）來(lái)進(jìn)行。

　?。?）其它相關(guān)測試主要包括：系統10/100baseT接口測試、T1/E1接口測試、供電系統測試、設備對周邊環(huán)境適應測試（包括環(huán)境溫度、濕度等）以及電磁兼容測試等。

　　4.外場(chǎng)測試

　　外場(chǎng)測試是在室外搭建實(shí)際網(wǎng)絡(luò )，測試802.16系統及設備在實(shí)際使用環(huán)境中的性能和特性。由于室外無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境非常復雜，即使在同一地點(diǎn)進(jìn)行的測試也會(huì )由于周?chē)粩嘁苿?dòng)物體的干擾而導致測試結果不斷變化，因此，與實(shí)驗室內測試相比，外場(chǎng)測試環(huán)境和條件很難復制，測試結果非常主觀(guān)，但外場(chǎng)測試無(wú)疑最能體現出802.16系統的特點(diǎn)。

　　對于一種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)來(lái)說(shuō)，在非視距、多徑以及物體遮擋情況下的系統性能測試是衡量無(wú)線(xiàn)系統性能的關(guān)鍵測試內容。由于802.16系統采用了OFDM技術(shù)，OFDM技術(shù)抗多徑和非視距能力非常強，因此802.16系統在復雜的傳播環(huán)境中可以表現出良好的性能，這是外場(chǎng)測試的重點(diǎn)；另一方面，頻率的選擇對無(wú)線(xiàn)系統在實(shí)際環(huán)境中的傳輸性能有很大影響，802.16-2004中設計了2-11GHz物理層用來(lái)支持系統在非視徑環(huán)境下保證傳輸性能，由于802.16是一個(gè)新技術(shù)，各國對802.16系統頻率的分配正在討論過(guò)程中，在測試中選擇合適的頻率進(jìn)行測試是保證測試順利進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵。

　　外場(chǎng)測試需要實(shí)際安裝系統設備，為保證測試效果，基站天線(xiàn)通常需要保證一定的高度，通常至少需要40～60米高，CPE可以放在測試車(chē)上。

　　外場(chǎng)測試項目包括設備安裝及維護測試和系統性能及特性測試兩部分。由于是在室外安裝，因此設備的易安裝性和易維護性是設備安裝維護測試的一個(gè)主要指標，安裝及維護測試主要包括：基站及天線(xiàn)安裝測試、基站電源冗余配置測試、基站熱插拔卡測試以及CPE及天線(xiàn)安裝測試等。

　　外場(chǎng)測試中的系統性能及特性測試項目與實(shí)驗室內測試項目大體相同，但由于側重點(diǎn)不同，外場(chǎng)測試中僅包括實(shí)驗室內測試項目的一部分，典型的測試項目為吞吐量測試、延時(shí)測試及多速率自適應調節測試。

　　由于外場(chǎng)環(huán)境復雜多樣，外場(chǎng)測試可以根據環(huán)境的不同分為三種場(chǎng)景的測試：覆蓋能力測試、抗遮擋能力測試和傳透能力測試。

　　覆蓋能力測試是在視距（LOS）和近似視距（NearLOS）條件下，測試系統傳播的最遠距離，主要衡量802.16系統的最大覆蓋能力；抗遮擋能力測試主要測試802.16系統在復雜環(huán)境中的性能，在測試過(guò)程中，應該首先將復雜的環(huán)境分成典型的幾類(lèi)，確定分類(lèi)后，在每一類(lèi)中分別尋找典型的測試地點(diǎn)進(jìn)行測試，測試數據分析統計中，同一類(lèi)別的數據先進(jìn)行分析比較，然后再對比不同類(lèi)別之間的測試結果，這樣可以更準確的評價(jià)系統的性能；穿透測試，802.16系統是一種無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)接入技術(shù)，用戶(hù)應該在市區內的任何地方都能接入，也包括建筑物內，根據802.16組織的時(shí)間表，今年下半年會(huì )推出室內CPE用于室內接入，這項測試的目的是檢驗CPE位于室內情況下802.16系統的性能。

　　上面提到的外場(chǎng)測試屬于測試階段中的技術(shù)外場(chǎng)測試，使用的CPE較少，網(wǎng)絡(luò )搭建簡(jiǎn)單，當進(jìn)行商用外場(chǎng)測試時(shí)，需要詳細規劃扇區個(gè)數、蜂窩大小以及頻率復用關(guān)系。目前各廠(chǎng)商的802.16系統都屬于研制階段，因此，現在的外場(chǎng)測試都是技術(shù)外場(chǎng)測試。

　　5.網(wǎng)絡(luò )管理測試

　　網(wǎng)管系統測試主要包括設備的配置、管理、故障處理以及數據統計收集和安全方面的測試。網(wǎng)管測試可以在實(shí)驗室測試和外場(chǎng)測試中同步進(jìn)行。作為一種面向運營(yíng)的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，802.16系統需要一個(gè)功能全面、易于配置和操作的網(wǎng)絡(luò )管理系統。對于網(wǎng)管系統的測試主要包括以下幾個(gè)項目：配置（Configuration）測試、故障處理（Fault）測試、數據統計收集（DataCollection）測試、安全（Security）測試和其它網(wǎng)管測試。

　　本文探討的WiMAX測試話(huà)題主要針對固定版本的802.16標準（802.16-2004），因為基于特定技術(shù)的測試往往滯后于標準，而802.16e/f/g等標準目前還處于完善階段，所以，目前探討整個(gè)802.16標準體系的測試還為時(shí)尚早。從應用的角度看，802.16技術(shù)的閃光點(diǎn)將體現在具有移動(dòng)特性的802.16e版本上，不難預見(jiàn)，用戶(hù)管理、移動(dòng)性管理、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )構架、網(wǎng)規和網(wǎng)憂(yōu)、系統干擾等諸多問(wèn)題將成為802.16e技術(shù)測試的焦點(diǎn)與核心。