關(guān)于WiMAX測試的幾點(diǎn)認識和體會(huì )

自從兩年前IEEE802.16-2004規范公布以來(lái)，固定WiMAX的產(chǎn)品已經(jīng)逐漸走向成熟，已經(jīng)開(kāi)始在中小企業(yè)、DSL替代等領(lǐng)域的應用嶄露頭角。隨著(zhù)韓國WiBro納入WiMAX的技術(shù)范疇以及SprintNextel決定在全美國范圍內用移動(dòng)WiMAX部署其下一代（4G）無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò )等消息頻頻發(fā)布，移動(dòng)WiMAX也猶如雨后春筍，似乎其大規模商用的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。就是在這樣一個(gè)沸沸揚揚的大背景下，筆者結合自己在工作中的切身體會(huì )，發(fā)表一些見(jiàn)解。

一、WiMAX認證測試的總體情況

目前為止，在全世界范圍內，由WiMAX論壇認可的WiMAX設備認證測試實(shí)驗室有兩家：西班牙的Cetecom和韓國的TelecommunicationsTechnologyAssociation(TTA)。最近，WiMAX論壇計劃宣布開(kāi)放更多的認證實(shí)驗室，以此來(lái)滿(mǎn)足設備廠(chǎng)商和運營(yíng)商的測試要求，中國信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院(CATR)已經(jīng)被計劃列為固定WiMAX設備測試認證實(shí)驗室。

WiMAX認證程序2004年10月被批準，到2005年中期開(kāi)始正式實(shí)行。整個(gè)認證流程對物理層和媒體接入層（MAC）進(jìn)行兩種類(lèi)型的測試，即性能測試和互通性測試。前者是為了確保設備可以正確實(shí)現由IEEE802.16以及ETSIHiperMAN標準給定的技術(shù)規范，而后者是檢驗不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品在同一網(wǎng)絡(luò )中的協(xié)同工作情況，互通性測試要求至少三家以上不同公司的設備參與，它們具有相同的系統配置文件（頻譜波段、信道寬度以及雙工方式）。

下面對WiMAX認證測試流程給出簡(jiǎn)要的介紹，如圖1所示，WiMAX認證的基本過(guò)程如下。

*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。

*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TSSTP、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。

*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）互通操作測試，通過(guò)互操作測試的設備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標識。

*如果上述任何環(huán)節通不過(guò)，待測設備都將返回第一步進(jìn)行重新測試。

在WiMAX測試認證工作的執行過(guò)程中，一些新的測試項目被不斷引入，測試內容分為不同的版本。測試版本1（Release1）針對一些基本的功能項目，比如空中接口、網(wǎng)絡(luò )接口、動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)和帶寬配置等。而測試版本2（Release2）增加了一些可選模塊，如服務(wù)質(zhì)量（QoS）、高級加密標準（AES）以及自動(dòng)重復請求(ARQ)等。所有通過(guò)認證測試的設備必須保證與具有相同配置內容的其他廠(chǎng)家的設備實(shí)現互通，不但要滿(mǎn)足與當前測試版本的設備互通，而且后向兼容以前的測試版本的設備。

二、運營(yíng)商對WiMAX測試的考慮

圍繞WiMAX技術(shù)的測試從理論上講應該分為兩個(gè)層面，設備級測試和系統測試。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。

從運營(yíng)商的角度，通常會(huì )關(guān)注射頻參數測試、功能測試、系統性能測試、業(yè)務(wù)測試、互通性測試、設備相關(guān)接口測試及與供電、電磁兼容等相關(guān)測試的主要測試領(lǐng)域，這些測試領(lǐng)域中，部分內容可以借鑒WiMAX論壇的認證和IETF相關(guān)文檔，部分內容需要遵從國家頻率、設備安全等管理部門(mén)的要求，剩下的內容則需要滿(mǎn)足運營(yíng)商的要求。通常，此部分內容在不同的運營(yíng)商之間會(huì )存在不同的側重和差異性。下面，就這對上述提到的主要測試領(lǐng)域進(jìn)行一定的說(shuō)明。

*射頻參數測試：主要是對WiMAX技術(shù)的物理層的關(guān)鍵指標和性能進(jìn)行評估和驗證，一般按照基站側和終端側進(jìn)行區分，并且在每一側都分別對發(fā)射機和接收機進(jìn)行測試。具體而言，射頻參數測試中的核心內容通常包括接收機的靈敏度、CP值、幀定時(shí)；發(fā)射機的循環(huán)前綴與符號定時(shí)、調制與編碼、頻譜平坦度、功率控制、相對星座圖誤差、頻譜模板等內容。對于TDD的系統，還應該額外考慮對終端側的收發(fā)間隔（即RTG和TTG）進(jìn)行測試。需要注意的是，射頻參數測試不僅應該參考WiMAX認證中RCT文檔的要求（當然，具體設備配置參數的選擇，需要根據WiMAX認證中PICS文檔事先確定），但是，對于發(fā)射機的功率要求、雜散等具體的地區性指標，還需要符合所在地區無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)的規定，即一般所說(shuō)的設備要通過(guò)頻率核準的測試。

*功能測試：要對WiMAX技術(shù)的MAC層的主要過(guò)程進(jìn)行驗證，是保證不同廠(chǎng)家的設備、系統之間實(shí)現互通的主要環(huán)節，以固定WiMAX為例，通常包括信道描述符、測距、基本能力協(xié)商、安全與密鑰管理、動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)、重置與注冊、時(shí)鐘比較等關(guān)鍵功能的測試。功能測試主要參考WiMAX認證中TSSTP文檔的要求（當然，具體設備配置參數的選擇，需要根據WiMAX認證中PICS文檔事先確定），對于運營(yíng)商而言，在進(jìn)行多廠(chǎng)家之間的互通性測試（IOT）時(shí)，需要在該項測試中進(jìn)行深究；否則，該測試內容參考WiMAX論壇的結論即可。

*系統性能測試：主要側重與業(yè)務(wù)QoS保證相關(guān)的吞吐量、帶寬保證、業(yè)務(wù)優(yōu)先級保證、時(shí)延及抖動(dòng)、丟包率等方面的測試。測試的主要依據來(lái)源于IETF的RFC2544（對以太網(wǎng)進(jìn)行測試的方法論）和RFC1242（測試術(shù)語(yǔ)表），在移動(dòng)WiMAX的系統性能測試中，還應該包括與移動(dòng)性相關(guān)的測試，如移動(dòng)IP相關(guān)的測試、移動(dòng)性管理、切換的具體業(yè)務(wù)指標實(shí)現等方面。

*業(yè)務(wù)測試：主要包括目前寬帶IP應用的典型業(yè)務(wù)，按照運營(yíng)商的關(guān)心程度由高到低，依次是VoIP、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、FTP下載、視頻會(huì )議、交互游戲等，同時(shí)，在條件允許的情況下，還可以進(jìn)行單終端支持多種混合業(yè)務(wù)的測試。該部分測試的依據一般取決于運營(yíng)商的具體業(yè)務(wù)需求，實(shí)質(zhì)上是以最終用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗習慣為準的，當然，WiMAX論壇SPWG的需求文檔也可以借鑒。

*互通性測試：該部分內容在功能測試中已有一定的闡述，互通性測試一般也稱(chēng)之為IOT測試、協(xié)議一致性測試。根據其測試的側重和程度的不同，一般可以分成功能性互通測試和業(yè)務(wù)互通測試。當然，從運營(yíng)商的角度，業(yè)務(wù)互通測試是最終目的，其操作流程并不復雜，只是選擇不同廠(chǎng)家的基站和終端，重復功能測試和業(yè)務(wù)測試的相應內容即可。但是，由于器件工藝、協(xié)議實(shí)現的差異，實(shí)際的互通性測試實(shí)施是一個(gè)需要不斷調整設備的物理層和MAC層，甚至逐段對比協(xié)議的“艱苦”過(guò)程；另外，對于涉及移動(dòng)組網(wǎng)的移動(dòng)WiMAX就更加復雜，其互通除了上述內容外，重點(diǎn)在于從R1～R6的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )接口之間的互通（如圖2所示，在進(jìn)行接口互通的測試時(shí)，可以參照WiMAX論壇NWG的相關(guān)文檔和各運營(yíng)商的特殊需求），由于涉及多個(gè)網(wǎng)元，實(shí)現起來(lái)將更加困難。

移動(dòng)WIMAX的基本網(wǎng)絡(luò )架構

*設備相關(guān)接口測試（如FE、10/100M、E1、Z接口等和包括供電、電磁兼容等其他類(lèi)測試）：該兩部分內容多屬于功能符合性測試，其功能的有效性已經(jīng)間接體現在射頻參數、功能、系統性能乃至業(yè)務(wù)測試中了，因此不是運營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的內容，只是如果運營(yíng)商自己進(jìn)行設備選型或終端側的入網(wǎng)測試時(shí)，會(huì )進(jìn)行有重點(diǎn)的選擇測試。

三、實(shí)際測試中的一些情況介紹

上文介紹的主要測試領(lǐng)域側重實(shí)驗室環(huán)境，運營(yíng)商在對設備經(jīng)過(guò)一定程度上的實(shí)驗室測試后，一般會(huì )進(jìn)一步進(jìn)行外場(chǎng)測試。在外場(chǎng)測試中，覆蓋、容量、多終端下的QoS保證、移動(dòng)性、長(cháng)時(shí)傳輸能力等方面將成為重點(diǎn)的測試內容，下面就針對固定WiMAX技術(shù)，對其部分外場(chǎng)測試內容進(jìn)行介紹（典型外場(chǎng)測試框圖參考圖3）。

1.TCP層吞吐量和相應時(shí)間

下面給出單扇區范圍內，在64QAM調制格式的工作方式下，單個(gè)CPE工作和三個(gè)CPE同時(shí)工作時(shí)的吞吐量和響應時(shí)間的典型測試結果，業(yè)務(wù)類(lèi)型均為BE。

表 1 單扇區下的吞吐量/相應時(shí)間測試結果

從測試數據可見(jiàn)，當僅有單個(gè)CPE工作的時(shí)候，整個(gè)系統還沒(méi)有達到最大上、下行吞吐量，系統的吞吐能力留有部分冗余量。當多個(gè)CPE同時(shí)工作的時(shí)候，系統可以達到最大的利用率。在測試的過(guò)程中，雖然我們可以發(fā)現上行總吞吐量大于下行總吞吐量，但是對于這個(gè)測試結果的分析往往需要綜合考慮當時(shí)外場(chǎng)測試時(shí)具體的線(xiàn)路狀況以及每個(gè)廠(chǎng)家產(chǎn)品本身對上下路鏈路資源的調度方案。

這里還需要進(jìn)行說(shuō)明的是雖然在理論上對于3.5MHz帶寬的信道，WiMAX系統物理層下行吞吐量在理論上可以實(shí)現大約10Mbit/s，但是利用Chairot進(jìn)行TCP層的流量測試，除去一些開(kāi)銷(xiāo)外，實(shí)測吞吐量值會(huì )小于在物理層的實(shí)際吞吐量值。

2.VoIP的MOS值

MOS是用來(lái)評價(jià)VoIP話(huà)音質(zhì)量的一個(gè)重要指標，IP電話(huà)業(yè)務(wù)的MOS定義通常分為5級：4.0－5.0（優(yōu)）、3.5－4.0（良）、3.0－3.5（中）、1.5－3.0（差）、0－1.5（劣）。

表2和表3是對于64QAM3/4調制格式信號在背景流輕載（20%）和重載（90%）條件下的VoIP性能典型評估結果。

可見(jiàn)在具備QoS保障的時(shí)候，無(wú)論是上行的背景數還是下行的背景流，對于幾種不同壓縮編碼方案的VoIP的MOS值影響并不大，仍然能夠實(shí)現順暢、清楚的語(yǔ)音通話(huà)。設備空中接口支持不同QoS等級的業(yè)務(wù)，這樣便于運營(yíng)商向不同的客戶(hù)提供不同服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)。

四、結束語(yǔ)

本文并未過(guò)深地探究WiMAX的具體測試細節，而是從運營(yíng)商的角度，通過(guò)較全面的描述，給出WiMAX測試的主要思路、一定的測試方法和依據，同時(shí)，在一定程度上探討了運營(yíng)商關(guān)心的測試和WiMAX論壇、國家無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)等業(yè)界其他機構測試的相互關(guān)系，希望能夠拋磚引玉，在WiMAX測試領(lǐng)域與廣大讀者加深溝通，共同提高。