wifi測試簡(jiǎn)介

　　要點(diǎn)
　　·Wi-Fi市場(chǎng)很大，并正在向諸如娛樂(lè )電子與語(yǔ)音通信等新的應用擴展；
　　·Wi-Fi采用了更加復雜的協(xié)議，因此需要比有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )更廣泛的測試；
　　·無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)、動(dòng)態(tài)與空間特性促使人們采用射頻測試與數據測試相結合的工具；
　　·為確?？芍貜托?，測試需要在屏蔽罩或法拉第籠內完成，以消除外界干擾；
　　用于射頻測試與系統環(huán)境仿真的專(zhuān)用工具正在成為現實(shí)

以IEEE 802.11 標準為基礎的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在設備數量和應用范圍兩個(gè)方面都做好了實(shí)質(zhì)性發(fā)展的準備。然而，與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比較，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )本身固有的移動(dòng)特性使物理層與協(xié)議層之間產(chǎn)生的交互作用大大增加了驗證一個(gè)設計所需的測試的復雜性和測試的次數。所幸的是，能夠使這一過(guò)程合理化的各類(lèi)工具正在不斷出現。

802.11a/b/g 標準統稱(chēng)為 WiFi（無(wú)線(xiàn)保真），它已經(jīng)在家庭用戶(hù)中造就了一個(gè)龐大的不斷成長(cháng)市場(chǎng)，人們發(fā)現，無(wú)線(xiàn)方案是家庭資源共享以太網(wǎng)（如打印機和寬帶連接）的一種簡(jiǎn)單的替代方案。另外，對需要移動(dòng)計算能力的商務(wù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)它也是熱門(mén)技術(shù)。根據市場(chǎng)研究公司 In-Stat 的數據，公共 WLAN（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）或“熱點(diǎn)”正在商務(wù)用戶(hù)和家庭用戶(hù)中快速普及。僅 2005 年第一季度，全球 WiFi 設備銷(xiāo)售額就達到 7.376 億美元，比 2004 年同期增長(cháng) 15%。

雖然WiFi 在家庭和商務(wù)計算機接入中的應用仍處增長(cháng)勢頭，但也出現了這一技術(shù)的新興市場(chǎng)。In-Stat 正在追蹤各類(lèi)新興應用，如 VoWLAN（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)語(yǔ)音傳輸）、將 WiFi 用作消費電子連接的一種方法，以及 VoWLAN 與手機的結合。每一類(lèi)都代表著(zhù)一種能匹配或超過(guò)計算機接入的市場(chǎng)。
這些重要市場(chǎng)的增長(cháng)將使更多的設計師首次面對 WLAN 測試的挑戰。很多設計師的知識背景仍然是傳統的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，因而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )測試對他們而言是個(gè)很不一般的挑戰。與傳統網(wǎng)絡(luò )相比，WLAN 有一個(gè)射頻物理層界面問(wèn)題。

復雜的協(xié)議使測試更麻煩

VeriWave 公司首席技術(shù)官 Thomas Alexander 稱(chēng)，首先要考慮的是無(wú)線(xiàn)協(xié)議更復雜了。他指出，WLAN 協(xié)議中的很多附加特性都是為了滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(LAN)在動(dòng)態(tài)配置、空間性質(zhì)以及移動(dòng)性這三方面的需求，而有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )則沒(méi)有這些要求。這些要求更增加了無(wú)線(xiàn)測試的復雜性。WiFi 的動(dòng)態(tài)配置允許終端站向 AP（接入點(diǎn)）詢(xún)問(wèn)以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接入，并使 AP 接通自己所支持的服務(wù)。雖然有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )也有類(lèi)似功能，但它們一般出現在較高層的協(xié)議中。WiFi 則是在 MAC（媒體訪(fǎng)問(wèn)控制）層實(shí)現的。當有多個(gè) AP 可供使用時(shí)，WiFi 站還必須用“關(guān)聯(lián)”來(lái)確定使用哪一個(gè)，而 AP 也要用“鑒別權”來(lái)確定該終端站是否為合法用戶(hù)，然后才準予接入。有線(xiàn)連接由于沒(méi)有物理安全問(wèn)題，因此無(wú)需鑒別步驟。而在無(wú)線(xiàn)連接中，某個(gè)人可能會(huì )把車(chē)停在一個(gè)區域內，試圖從這里免費接入互聯(lián)網(wǎng)。

WiFi 的空間特性也會(huì )產(chǎn)生一些問(wèn)題，如“隱藏結點(diǎn)”，這在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中是沒(méi)有的。出現這種情況時(shí)，兩個(gè)站終端都位于一個(gè) AP 的覆蓋范圍中，但不在相互的信號范圍內。由于兩者都不能檢測沖突，于是當兩個(gè)站試圖向該 AP 發(fā)送消息時(shí)就會(huì )重復發(fā)生碰撞。在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，通過(guò)小心的設計和安裝，可以在物理層上控制噪聲電平，并且交換機可以將網(wǎng)絡(luò )分成可管理的網(wǎng)段。但是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設備的設計者則不能假設一種可控環(huán)境。WiFi 與藍牙、便攜式電話(huà)和微波爐，以及其它射頻源共享其頻段。設計者無(wú)法控制試圖連接某個(gè) AP 的終端站數量。無(wú)線(xiàn)協(xié)議必須允許網(wǎng)絡(luò )能夠完全適應所處的環(huán)境。

WiFi 的移動(dòng)性也對設備和協(xié)議提出了更多的功能要求，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )則沒(méi)有這些負擔。其中之一是電池供電的終端可能需要有電源管理功能，以?xún)?yōu)化功耗問(wèn)題，例如當終端靠近 AP 時(shí)，要降低發(fā)射功率以節省能量。另一個(gè)增加的協(xié)議功能是在傳輸期間實(shí)現AP之間的動(dòng)態(tài)切換，這類(lèi)似于手機的漫游。其他附加的功能還有速率自適應，即根據接收信號的功率調整數據傳輸速率的能力，從而優(yōu)化整個(gè)信道的性能。

不能完全分開(kāi)的層

復雜的協(xié)議還會(huì )產(chǎn)生其它麻煩。對有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，工程師們可以單獨測試系統層，然后只需將測試后的各部分組合起來(lái)，就可以裝配成一個(gè)可行的系統。按照傳統的網(wǎng)絡(luò )測試模型，測試無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設備的設計有兩項主要工作。一是數字工程師和軟件工程師從網(wǎng)絡(luò )角度用協(xié)議分析儀和網(wǎng)絡(luò )分析儀對設備進(jìn)行評估。另一是射頻工程師使用矢量信號分析儀、頻譜分析儀與信號發(fā)生器、示波器和其他射頻儀器，對射頻部分進(jìn)行評估。

但是，老諺語(yǔ)“整體大于其各部分之和”可以毫不遲疑地應用于測試 WiFi 產(chǎn)品的設計上。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )物理層和協(xié)議層不僅需要單獨測試，還要同時(shí)測試驗證較高層是否能正常運行。這種測試需要很多設備協(xié)同工作，包括射頻設備和數字設備，共同建立所需測試條件，并測量結果。

還好，射頻測試設備供應商已經(jīng)在所需設備的聯(lián)合與自動(dòng)化方面作了不少工作，在 2004 年年中至年底就推出了很多這類(lèi)產(chǎn)品。Agilent 科技公司創(chuàng )立了 N4010A 無(wú)線(xiàn)連接性測試套件，它采用軟件模塊實(shí)現信號分析與矢量分析功能，以及信號產(chǎn)生功能，并構成了一個(gè)更完備的射頻測試包（圖 1）。同樣，Anritsu 公司也為自己的頻譜分析儀提供軟件，將多種 WLAN 射頻測試功能組合于一個(gè)儀器內。LitePoint 公司則用 IQView 來(lái)測試 WiFi 發(fā)射機與接收機的功能。該公司還提供 IQWave 軟件，用于與儀器一起建立定制的信號波形，以測試有損波形的響應。最近，National Instruments公司 也用一款 PXI 儀器包進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)，該儀器包帶有LabView開(kāi)發(fā)軟件以及一個(gè)來(lái)自 SeaSolve 軟件公司的軟件包，軟件包可以對 WiFi 射頻設備進(jìn)行物理層順從性測試。

既然已經(jīng)覆蓋了對物理層部分的測試，似乎較高層的測試只需要數字圖形發(fā)生器和協(xié)議分析儀就夠了。但 WiFi 復雜的協(xié)議要處理網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)、空間與移動(dòng)特性，一臺儀器無(wú)法用一個(gè)純數字圖形模仿所有這些參數。工程師們必須用射頻鏈接對這些參數進(jìn)行測試，以執行速率自適應功能、隱藏結點(diǎn)檢測功能，以及其他與信號強度有關(guān)的條件。

這一領(lǐng)域的 WiFi 測試最為困難。為了提供可重復的測試，DUT（待測設備）需要一種可控制的激勵。這意味著(zhù)至少要將待測設備放在一個(gè)屏蔽罩內，隔離雜亂信號的干擾。另外，激勵信號的強度必須可控，這就涉及到使用可編程衰減的問(wèn)題。最后，為了仿真一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò )配置，必須要從一個(gè)獨立源產(chǎn)生多個(gè)激勵信號。

協(xié)議測試

可惜，現有的大多數射頻測試儀器都直接用單信號激勵 DUT。在多信號環(huán)境下對設備的測試則需要使用多臺儀器。而協(xié)調多臺儀器信號建立使用起始聚集的測試設置的可重復測試條件則非常困難。測試的設置需要使用復雜的接線(xiàn)方案，這種方案要對每個(gè)信號源作手工調校，再反饋給屏蔽罩內的 DUT；或者要將整個(gè)測試配置放在一個(gè)法拉第籠內，這是一種可以阻止 EM 場(chǎng)外泄或進(jìn)入的金屬箱，這樣才能達到測試的可重復性。

而 WiFi 的移動(dòng)特性使測試的設置更加復雜。測試必須設法重復 DUT 或激勵信號的移動(dòng)過(guò)程，這樣才能對設備作徹底檢驗。Azimuth 系統公司的首席執行官 Ray Cronin 說(shuō)：“WiFi 的全部意義就在于移動(dòng)性。你必須擁有能測試移動(dòng)性對服務(wù)質(zhì)量影響的系統。”

有些公司如 Azimuth公司、Ixia公司 和 VeriWave 公司一直在關(guān)注產(chǎn)生多個(gè)可控激勵信號的方法，以及用可編程衰減來(lái)仿真移動(dòng)性的影響。這些公司已經(jīng)在生產(chǎn)能提供用于協(xié)議分析以及能夠協(xié)調產(chǎn)生多種測試信號的產(chǎn)品，用于范圍很寬的條件下 WLAN 設備的評測。

但各家公司的測試方法也不盡相同。Azimuth 公司的 W 系列測試平臺為 DUT 提供了一個(gè)屏蔽罩，通過(guò)一個(gè)電纜系統反饋受控信號（圖 2）。測試信號來(lái)自一組發(fā)生器模塊，一臺計算機控制著(zhù)這組模塊，規定每個(gè)模塊的功能，協(xié)調信號的活動(dòng)，并且用可編程衰減器管理射頻輸出的組合。這樣，系統能夠在可重復配置環(huán)境下模仿多種傳輸圖形和信號條件，包括漫游狀態(tài)，而無(wú)需屏蔽室。

Ixia公司 的 IxWLAN 與 VeriWave公司 的 WaveTest 系統則允許使用電纜方法和開(kāi)放方法（圖 3）。系統可以同步控制多個(gè)測試激勵設備產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )信號，同時(shí)控制測試激勵設備的發(fā)射功率和接收閾值。系統可以用于法拉第籠的電纜配置方式，或者用于開(kāi)放場(chǎng)的環(huán)境。VeriWave 系統還能夠捕捉場(chǎng)中的信號，供以后在實(shí)驗室條件下回放。

這三類(lèi)系統的一個(gè)重要屬性是它們的可升級性。它們都能夠模仿幾十個(gè)接入點(diǎn)和數百個(gè)站點(diǎn)，從而建立多種測試設置，并且都能實(shí)現自動(dòng)控制。這種方法針對擁擠條件的用戶(hù)，允許的設計測試可以實(shí)現在這樣條件下系統的實(shí)際安裝和系統性能的測試。測試結果可以幫助系統管理員對設備安裝作出規劃，達到最佳流量。

這些系統的另一個(gè)重要屬性是它們所能提供的自動(dòng)化水平。開(kāi)發(fā)團隊可以利用供應商提供的軟件對這些系統進(jìn)行配置，從而實(shí)現系統使用的一個(gè)完整的順從性測試套件。運行這些測試套件并不提供設計認證，而是讓開(kāi)發(fā)團隊確信自己的設計會(huì )通過(guò)認證。

這些協(xié)議測試系統還可以在測試期間解決網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題，從而完成對 WiFi 設備的測試。但它們并不提供對射頻參數的測量，盡管 WaveTest 系統可以產(chǎn)生射頻測試設備的觸發(fā)信號以協(xié)調這樣的測量。測試工程師必須分別測試射頻部分和數據部分。WiFi 測試可能會(huì )促使工具的整合，但有些兩步走的步驟還是會(huì )發(fā)生。

測試系統的滯后

這種兩步舞看來(lái)還要持續一段時(shí)間。正如 Azimuth 公司的 Cronin 所指出的：“要在測試技術(shù)之前發(fā)展一種新技術(shù)來(lái)支持它”。WiFi 技術(shù)仍在不斷發(fā)展。除了 a、b、g 版本以外，還正在開(kāi)發(fā) 802.11標準的新版。例如，802.11q標準可以將虛擬 LAN 映像到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上。802.11i 版則在網(wǎng)絡(luò )上增加了新的安全協(xié)議，增強了無(wú)線(xiàn)連接的隱密性。另一個(gè)趨勢是在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上增加語(yǔ)音功能，它需要控制服務(wù)質(zhì)量和時(shí)序質(zhì)量。

滿(mǎn)足不斷變化的 WiFi 設計的需求是對 WiFi 測試提出的極大挑戰。傳統的硬接線(xiàn)測試產(chǎn)品太慢，已經(jīng)不能適應快速變化的技術(shù)。今天的無(wú)線(xiàn)測試設備必須用軟件來(lái)實(shí)現自適應，才有希望跟上技術(shù)的發(fā)展。

National Instruments公司 正在自己的射頻測試系統中采用可編程方案（圖 4），該公司的模塊化儀器產(chǎn)品經(jīng)理 Darcy Dement 稱(chēng)：“技術(shù)發(fā)展了，測試也必須跟著(zhù)發(fā)展。當設備采用軟件驅動(dòng)時(shí)，設計者可以使自己的工具跟上標準的變化。通過(guò)使用 LabView 這樣的開(kāi)放結構，設計者還能介入測試參數，從而針對自己的特殊需求進(jìn)行定制。”Azimuth公司 的 Cronin 也同意可編程性是測試跟上標準變化的關(guān)鍵。他說(shuō)：“如果我們的工具里沒(méi)有可編程能力，標準的變化就會(huì )成為開(kāi)發(fā)人員創(chuàng )立自己的特定工具的負擔。”

利用現有的全套系統測試工具，自動(dòng)將射頻測試能力和為跟蹤標準的變化提供途徑的工具具備可編程性，開(kāi)發(fā)人員在將 WiFi 包含到他們的下一個(gè)設計方面便能處于有利地位。實(shí)現和驗證各種設計的測試工具正不斷出現，如用于可利用寬帶連接進(jìn)行聊天的游戲系統，能將數據發(fā)送至音響系統的音樂(lè )播放機，以及可從 WAN 切換至 LAN 的手機。這些標準化測試工具的出現意味著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )新更多、增長(cháng)更快，而設計人員失敗的次數更少。