3G接入WLAN測試方案 WLAN測試基本概念

【摘要】介紹了WLAN的基本概念及其測試，并且在此基礎上介紹了羅德與施瓦茨公司的全面測試解決方案。
1 引言
隨著(zhù)中國三大運營(yíng)商3G網(wǎng)絡(luò )的正式運行，以及手機WLAN（WAPI）的近期開(kāi)閘入網(wǎng)，3G與WLAN這兩種技術(shù)將會(huì )相互互補，它們的融合也將越來(lái)越緊密。WLAN系統的高速率可以與3G移動(dòng)通信技術(shù)的高移動(dòng)性及大覆蓋范圍相結合：在熱點(diǎn)地區通過(guò)WLAN為用戶(hù)提供廉價(jià)而更高帶寬的“游牧”式無(wú)線(xiàn)數據服務(wù)，在其它地區和高速移動(dòng)中通過(guò)3G技術(shù)提供真正“漫游”式的無(wú)線(xiàn)數據服務(wù)，這類(lèi)融合會(huì )使WLAN在3G終端方面也會(huì )像WLAN在PC方面取得同樣的成功。同時(shí)，3G終端也增加了WLAN的研發(fā)、認證和生產(chǎn)測試需求。
2 WLAN測試基本概念
IEEE 802.11是IEEE無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）的標準，它包括802.11a，b，g，以及采用最新MIMO和OFDM技術(shù)的下一代無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的標準802.11n等，這里我們主要介紹802.11a/b/g標準。
IEEE 802.11b在1997年發(fā)布，是IEEE 802.11在2.4~2.4835GHz頻段的一個(gè)補充，數據速率最高可達11Mbit/s，調制方式采用補碼鍵控(CCK：Complementary Code Keying)，運作模式分點(diǎn)對點(diǎn)模式和基本模式兩種。數據傳輸速率可在11，5.5，2，1Mbit/s上自動(dòng)切換，向下兼容。
IEEE 802.11a在1999年發(fā)布，是IEEE 802.11在5.15~5.825GHz頻段的一個(gè)補充。由于IEEE 802.11b工作的2.4GHz頻段是公開(kāi)的，不需要執照，這個(gè)頻段不但是工業(yè)、教育、醫療專(zhuān)用，甚至還有微波爐和無(wú)繩電話(huà)工作，因此電磁波干擾非常嚴重。因此，IEEE 802.11a標準規定5.15~5.825GHz頻段，802.11a數據速率可達54Mbit/s或72Mbit/s(Turbo)，采用正交頻分復用(OFDM)技術(shù)和BPSK，QPSK，16QAM及64QAM調制方式。
IEEE 802.11g在2003年發(fā)布，擴展了802.11b標準到更高的傳輸速率。它包括以前的802.11b標準，并實(shí)現了在2.4GHz的ISM頻段上802.11a標準的OFDM的傳輸技術(shù)。在物理層上，數據包的結構和調制格式與802.11g和802.11a都是相同的，只是傳輸頻率不同。它在2.4GHz的頻段上，數據速率可達54Mbit/s，并向下兼容。關(guān)鍵技術(shù)有DSSS，CCK，PBCC(包二進(jìn)制卷積)和OFDM技術(shù)。
由于這3種802.11標準之間的差異，相應的測試參數及要求也不盡相同。具體的測試項目可以大致分為以下幾種：
WLAN IEEE 802.11a/b/g 測試方法

3 羅德與施瓦茨公司的WLAN 測試方案
WLAN 射頻模塊的測試，根據上述802.11a/b/g 相應的規范，可以分為發(fā)射機測試和接收機測試兩部分。需要注意的是，測試WLAN，特別是802.11n，需要帶寬很寬的測量?jì)x表?？蛻?hù)現有的儀器中，有些就是由于帶寬的限制而不能升級WLAN 測試功能。羅德與施瓦茨公司能提供從研發(fā)、認證到生產(chǎn)的各種測試儀表和解決方案。
（1）射頻和協(xié)議研發(fā)、認證測試方案
射頻測試方案如傳統的矢量信號源 SMx（如SMU200A）及矢量信號分析儀FSx 系列(如FSQ/FSV)或者綜合測試儀CMW500/280。這些儀器的帶寬都非常寬，因此只要加上相應的WLAN 測試選件，就能進(jìn)行WLAN各個(gè)標準的測試。信號分析儀的測量選件測試功能主要包括發(fā)射頻譜模板、頻譜平坦度、各種調制參數（EVM，星座圖，比特流，IQ 參數）及CCDF 等。關(guān)于接收機的測試，除了使用信號源在WLAN 模塊的測試模式下進(jìn)行以外，也可以模擬信令模式，進(jìn)行接收機的PER（誤包率）的性能測試，關(guān)于PER 測試，羅德與施瓦茨公司網(wǎng)站上的應用文檔1GP56《802.11 Packet Error Rate Testing》有詳細介紹。
協(xié)議測試方案如 PTW70。PTW70 是IEEE802.11 多種模式的協(xié)議測試儀，支持802.11a 和802.11g 系統，即它提供從射頻前端、物理協(xié)議層和MAC 協(xié)議層一直到應用程序測試的多種功能。在802.11b 標準測試方面，重點(diǎn)放在互通性測量上，尤其是802.11b 和802.11g 互通性測試的監控模式和分析功能。PTW70 是包括從芯片組到整個(gè)系統架構在內的WLAN 系統組件不可或缺的故障診斷工具。依賴(lài)其自身所含的WLAN 軟件和硬件模塊，PTW70 可用于評測不同系統組件之間的交互性和測試不同技術(shù)之間的兼容性。PTW70 在分析儀模式下，可以模擬IEEE802.11 參考模型的WLAN 接入點(diǎn)或基站；在偵測或監測模式下可以記錄WLAN 小區內
的數據通訊及消息。
（2）生產(chǎn)測試方案，CMW500/280 寬帶綜合測試儀
CMW500/280 是一臺多標準的無(wú)線(xiàn)綜合測試儀。除了支持2G 和3G 等各個(gè)蜂窩移動(dòng)通信標準外，還可以支持WLAN等非蜂窩通信標準。CMW500/280集成了矢量信號源和分析儀的寬帶無(wú)線(xiàn)通信測試儀，提供WLAN終端的全面測量，同時(shí)測試速度的極大提升將會(huì )大大降低生產(chǎn)測試成本。CMW500/280由于帶寬高達40MHz，因此不但支持802.11a/b/g，還能支持最新的802.11n。它具備全面的測試功能，包括WLAN的發(fā)射機模塊測試，如發(fā)射功率；OFDM，DSSS解調，EVM vs Symbol，EVM vs Carrier，EVM vs Chip，IQ星座圖等調制參數；以及頻譜模板等測量，還包括接收機模塊的測試，如CMW儀器上產(chǎn)生各種WLAN信號進(jìn)行FER及RSSI的測試。
值得一提的是，得益于RS創(chuàng )新的“Multi-Evaluation”并行測試方法（見(jiàn)圖1），CMW的測試速度比以往綜測儀可快上數倍。一般來(lái)說(shuō)，我們要測試的發(fā)射機性能可以分為功率/功率時(shí)間曲線(xiàn)、調制質(zhì)量、頻譜3大類(lèi)指標。以往采用傳統方法測試這3大類(lèi)指標時(shí)，都分別對這3類(lèi)指標采用如下流程：采集數據→存儲→評估分析。因此，為了測得這3大指標要采集3次數據。我們知道，采集數據因為需要收集足夠多的樣本，是最占用測試時(shí)間的。如果能改進(jìn)流程，只采集一次數據，存儲起來(lái)，3大指標的分析都使用同一組采集數據，就至少能節省兩次數據采集的時(shí)間。CMW的“Multi-Evaluation”就是采用這一創(chuàng )新方法，其流程是：采集數據→存儲→多重評估（Multi-Evaluation）。使用該流程，只需采集一次數據，就可以測試所有的發(fā)射指標。因而相對傳統的測試方法成倍地提高了測試速度。

圖1為CMW500“Multi-Evaluation”并行測試界面，本例顯示CMW同時(shí)測試802.11g的EVM vs Symbol，EVM vs Carrier和Spectrum指標。
另外，由于中國允許帶WAPI的3G手機入網(wǎng)，可以預見(jiàn)，3G＋WLAN手機的生產(chǎn)測試需求會(huì )大量增加。由于消費者希望手機集成越來(lái)越多的功能。因此，很多3G手機大都具備藍牙，GPS，調頻（FM）收音機，甚至可能包含手機電視CMMB。一臺手機集成了這么多的功能，測試自然會(huì )相應增加。如果使用傳統的儀器搭建這樣的測試，最多的情況下，需要用6臺不同的測試儀器：2G/3G手機綜測儀，WLAN綜測儀，藍牙綜測儀，GPS信號源，FM信號源，CMMB信號源。
首先設備投資需增加，并且測試系統復雜度會(huì )大大增加且帶來(lái)維護費用的增加；其次，由于要測試的通信標準增加，測試時(shí)間會(huì )大大加長(cháng)。其結果是總體的生產(chǎn)測試成本會(huì )大大增加。因此，手機廠(chǎng)商將面對這樣一個(gè)難題：測試支持多無(wú)線(xiàn)技術(shù)的手機時(shí)，測試成本相應大大提高。但是，消費者卻不能接受多標準、多功能手機比以前貴太多。
如果使用CMW500/280，就可以很好地解決這一難題。由于CMW500/280是一臺多標準的無(wú)線(xiàn)綜合測試儀。它可以支持2G/3G標準和WLAN，藍牙，GPS，FM以及CMMB標準。這樣，測試多標準的手機就只需要一臺儀器，這降低了設備投資，并大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)測試系統。因而解決了上面的設備投資和測試系統復雜帶來(lái)的問(wèn)題。另外，CMW在各個(gè)通信標準都采用了創(chuàng )新的RS的“Multi-Evaluation”并行測試方法，再加上適用于2G/3G手機射頻校準的“Smart Alignment”快速智能校準技術(shù)，可以大大減少測試時(shí)間，從而大大緩解由于通信標準增加帶來(lái)的測試時(shí)間加長(cháng)的問(wèn)題。所以，使用CMW可以在增加通信標準的同時(shí)，測試成本卻沒(méi)有明顯增加，這利于廠(chǎng)商生產(chǎn)出性?xún)r(jià)比更高的多無(wú)線(xiàn)標準手機。
4 結束語(yǔ)
3G終端的WLAN的開(kāi)放以及這兩種技術(shù)完美的互補應用，將帶來(lái)越來(lái)越多支持WLAN的3G終端，并推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展。但是，由于消費者不希望3G+WLAN以及其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)的手機比以往的手機貴太多，因此手機廠(chǎng)商需要優(yōu)化測試流程，采用創(chuàng )新的測試技術(shù)，從而降低測試多標準手機的測試成本。羅德與施瓦茨公司的CMW500/280順應了這一需求，由于采用創(chuàng )新的設計和測試理念，CMW能幫助客戶(hù)生產(chǎn)出性?xún)r(jià)比更高的支持各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的手機。