Wifi射頻接收性能的測試方法

有兩種方法可以增大熱點(diǎn)的覆蓋范圍：一是提高熱點(diǎn)發(fā)射功率和提高手機接收靈敏度，但熱點(diǎn)的發(fā)射功率不可能無(wú)限制地被提高，所以同時(shí)還必須提高手機的接收靈敏度來(lái)增大熱點(diǎn)覆蓋范圍。根據自由空間傳輸損耗公式[1]：L(dB)=32.4+20×lgd(km)+20×lgf(MHz)　　

由此可以得出結論：在自由空間的理想情況下，手機接收靈敏度每增加6dB，便可使熱點(diǎn)的覆蓋范圍增大1倍。所以，提高WiFi手機的接收指標有非常實(shí)際的意義。要提高WiFi手機的接收性能，首先就必須準確地測試出其接收指標，然后才能對其進(jìn)行改進(jìn)，最終提高整個(gè)系統的性能。

在802.11系統中[2]，信息是以幀為單位進(jìn)行傳輸的，因此可用誤幀率對接收性能進(jìn)行統計分析，而在PHS系統中，是以誤碼率來(lái)定義接收性能指標的[3]。無(wú)論在對接收指標的定義上還是在接收性能的測試方法上，WiFi系統和PHS系統均存在較大差異。所以，文中將著(zhù)重對WiFi射頻接收性能的測試方法進(jìn)行分析，并給出一種通用的解決方案。

1、射頻接收指標及測試過(guò)程

1.1、射頻接收指標的定義

根據IEEE802.11b規范，有3項較為關(guān)鍵的射頻接收指標定義如下[4]：
1)接收機最小輸入電平靈敏度　對于在天線(xiàn)連接器上測得的-76dBm的輸入電平而言，若PSDU的長(cháng)度為1024個(gè)字節，其誤幀率(FER)應小于8%；
2)接收機最大輸入電平　對于在接收端天線(xiàn)上測得的-10dBm的最大輸入電平而言，若PSDU長(cháng)度為1024個(gè)字節，則其誤幀率(FER)最大應為8%；
3)接收機鄰道抑制　接收機鄰道抑制在每一信道組中的間隔，不小于25MHz的任意2個(gè)信道間鄰道干擾信號功率與有用信號功率的比值。對于采用11Mbit/sCCK調制的FER值為8%以及長(cháng)度為1024字節的PSDU而言，鄰道抑制必須不小于35dB。

1.2、誤幀率

在上面3項指標的定義中，均提及了1個(gè)非常重要的參數：誤幀率，即傳輸過(guò)程中丟失和出錯的幀數和發(fā)送總幀數的比值。只有獲得正確的誤幀率，才能精確地測試出上述3項接收性能指標。實(shí)驗室搭建的接收性能測試平臺，見(jiàn)圖1.

在圖1的測試平臺上，由PC為信號源提供一定幀格式的I/Q信號波形文件，并由信號源發(fā)出一定數量的幀。同時(shí)，DUT在PC的控制下，對這些幀進(jìn)行接收解調，求得相應的誤幀率。然后根據誤幀率來(lái)調節信號源的發(fā)射功率，直到誤幀率正好滿(mǎn)足指標要求，此時(shí)便能獲得DUT相應的接收性能指標。但在這個(gè)平臺上，要獲得正確的誤幀率，也存在2個(gè)難點(diǎn)：

1)信號源發(fā)出的幀格式必須滿(mǎn)足DUT的要求。不同芯片供應商提供的芯片對幀格式的要求是不同的，若滿(mǎn)足不了芯片對幀格式的需要，DUT便不能正確統計收到的正確幀數，從而導致誤幀率的計算錯誤；

2)信號源要能確保發(fā)出一定數目的幀，若信號源發(fā)出的總幀數都不能確定，誤幀率便無(wú)法計算。

2、幀結構分析

不同的芯片供應商在測試芯片接收性能時(shí)，往往采用不同的幀格式。只有幀格式滿(mǎn)足要求，才能統計出正確的收幀數，獲得準確的誤幀率。常見(jiàn)的WiFi芯片供應商Agere、Philips在接收測試時(shí)，對幀格式的要求也各不相同。文中主要針對Agere和Philips的幀格式要求進(jìn)行詳細分析[5-6]。

2.1、幀的形成過(guò)程

在802.11DSSS系統中，幀的形成包括以下4個(gè)過(guò)程。

2.1.1　MSDU的形成　

MSDU是MACServiceDataUnit的縮寫(xiě)，被稱(chēng)為MAC層業(yè)務(wù)數據單元，是最原始的待發(fā)送數據信息。

2.1.2　MPDU的形成　

MPDU(MACProtocolDataUnit)被稱(chēng)為MAC層協(xié)議數據單元。它是將MSDU按一定幀結構封裝后獲得的待發(fā)數據信息，見(jiàn)圖2。封裝過(guò)程包括在MSDU前加上MAC幀頭和在后面加上幀檢驗序列。

2.1.3　PSDU的形成　

PSDU(PLCPServiceDataUnit)被稱(chēng)為PLCP子層業(yè)務(wù)數據單元，實(shí)際就是從MAC層傳來(lái)的MPDU信息。

2.1.4　PPDU的形成　

PPDU(PLCPProtocolDataUnit)，被稱(chēng)為PLCP子層協(xié)議數據單元。它是將PSDU按照特定的幀格式進(jìn)行數據封裝后的數據包，具體說(shuō)來(lái)就是在PSDU前面再加上PLCP前導碼和PLCP報頭，見(jiàn)圖3.PPDU是最終將經(jīng)由物理介質(zhì)發(fā)送出去的數據封裝。

2.2、PPDU格式

幀格式[7]的修改全部由PC的軟件(WinIQsim或SignalStudio)實(shí)現，PC傳輸給信號源的I/Q波形文件已確定了幀格式。軟件中主要是使MPDU滿(mǎn)足芯片要求，而PPDU則自動(dòng)生成的，所以這里只介紹PPDU格式。

整個(gè)PLCP前導碼和報頭采用1Mbit/sDBPSK調制進(jìn)行發(fā)射，發(fā)送的數據均采用反饋加擾器加擾。SYNC字段由128個(gè)加擾的“1”組成，被用來(lái)和接收方進(jìn)行必要的同步操作；SFD被用以指示依賴(lài)與PHY的參數在PLCP前導碼中的開(kāi)始；Signal字段指示發(fā)送(和接收)MPDU應采用的調制速率；Service字段為預留字段；Length字段用以指示發(fā)送MPDU所需的微秒數；CRC-16字段根據CCITTCRC-16規范計算出Signal、Service和Length字段的CRC校驗碼并一同發(fā)送，完成幀檢驗序列保護。

2.3、MPDU

MPDU通常包括3個(gè)部分，見(jiàn)圖3.
①MAC幀頭，包括幀控制、持續時(shí)間、地址及序列控制信息；
②可變長(cháng)度的整體，包含基于幀類(lèi)型的特定信息；
③幀檢驗序列(FCS)，包含IEEE32bit的循環(huán)冗余碼(CRC)。

2.4、幀控制字段的結構

幀控制字段雖然只有16個(gè)字節，但卻包含了用于解釋幀其他部分的全部信息，見(jiàn)圖4.

1)協(xié)議版本：當前總是0，其余為保留值，不為0則丟棄；　　
2)類(lèi)型和子類(lèi)型：這2個(gè)字段共同標識幀的類(lèi)型和功能。802.11中總包含3種幀：控制幀、數據幀和管理幀。每種幀類(lèi)型又分為幾種子類(lèi)型。幾種常用的幀類(lèi)型見(jiàn)表1.　　
3)去往DS和來(lái)自DS字段：輔助確定幀的最終傳輸地址；　　
4)多分段標記：代表數據超過(guò)2312字節，將被分成多個(gè)數據包傳送；　　
5)重傳字段：識別當前幀是否為1個(gè)數據幀的重傳拷貝；　　
6)功率管理字段：代表STA的節能狀態(tài)；　　
7)多數據標記字段：代表STA有更多的數據需要發(fā)送；　　
8)排序字段：代表當前幀是數據幀，并按照有嚴格序列要求的幀類(lèi)型發(fā)送數據；　　
9)持續時(shí)間/ID字段：記錄了數據的持續時(shí)間數，該時(shí)間數將被用來(lái)使其他STA更新自己的矢量網(wǎng)絡(luò )分配。