WiMAX技術及射頻模塊測試方案

　　無線接入互聯(lián)網和無線多媒體數據業(yè)務的巨大需求推動了無線通信技術的快速發(fā)展，通信技術寬帶化，IP化和移動化成為未來的發(fā)展趨勢。WiMAX技術是以IEEE802.16系列標準為基礎的寬帶無線接入技術，近兩年發(fā)展迅速，并逐漸成為城域寬帶無線接入技術的發(fā)展熱點。WiMAX系統(tǒng)主要有兩個技術標準，一個是滿足固定寬帶無線接入的WiMAX802.16d標準，另一個是滿足固定和移動的寬帶無線接入技術WiMAX802.16e標準。WiMAX的關鍵技術主要包括以下幾個方面：

　　(1)OFDM/OFDMA

　　正交頻分復用OFDM是一種高速傳輸技術，是未來無線寬帶接入系統(tǒng)/下一代蜂窩移動系統(tǒng)的關鍵技術之一。在WiMAX系統(tǒng)中，OFDM/OFDMA技術為物理層技術。OFDMA系統(tǒng)可以支持長度為2048，1024，512和128的FFT點數。通常向下數據流被分為邏輯數據流，這些數據流可以采用不同的調制及編碼方式，以及以不同信號功率接入不同信道特征的用戶端;向上數據流子信道采用多址方式接入，通過下行發(fā)送的媒質接入協(xié)議MAP分配子信道傳輸上行數據流。

　　(2)HARQ

　　HARQ技術因為提高了頻譜效率，所以可以明顯提高系統(tǒng)吞吐量，同時因為重傳可以帶來合并增益，間接擴大了系統(tǒng)的覆蓋范圍。16e中只支持卷積碼(CC)、卷積Turbo碼(CTC)的HARQ方式。

　　(3)AMC

　　AMC在WiMAX的應用中有其特有的技術要求，由于AMC技術需要根據信道條件來判斷將要采用的編碼方案和調制方案，所以AMC技術必須根據WiMAX的技術特征來實現(xiàn)AMC功能。與CDMA技術不同的是，由于WiMAX物理層采用的是OFDM技術，所以時延擴展、多普勒頻移、小區(qū)的干擾和PAPR值等對于OFDM解調性能有重要影響的信道因素必須被考慮到AMC算法中，用于調整系統(tǒng)編碼調制方式，達到系統(tǒng)瞬時最優(yōu)性能。

　　(4)MIMO

　　對于未來移動通信系統(tǒng)而言，如何能夠在非視距和惡劣信道下保證高的QoS是一個關鍵問題，也是移動通信領域的研究重點。對于SISO系統(tǒng)，如果要滿足上述要求就需要較多的頻譜資源和復雜的編碼調制技術，而頻譜資源的有限和移動終端的特性都制約著SISO系統(tǒng)的發(fā)展，所以MIMO是未來移動通信的關鍵技術。MIMO技術主要有兩種表現(xiàn)形式，即空間復用和空時編碼，這兩種形式在WiMAX協(xié)議中都得到了應用。協(xié)議還給出了同時使用空間復用和空時編碼的形式。MIMO技術能顯著地提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，可以大大提高系統(tǒng)的性能，是未來移動通信發(fā)展的一個重要方向。圖1為MIMO系統(tǒng)原理圖。

　　圖1 MIMO系統(tǒng)原理圖

　　2 WiMAX射頻模塊測試

　　2.1 WiMAX發(fā)射機測試

　　以功率放大器為例，說明WiMAX發(fā)射機的測試。

　　為了全面衡量WiMAX功放的性能，除了傳統(tǒng)的增益，1dB壓縮點和最大輸出功率外，往往還需要測試以下參數：

　　圖2 頻率誤差引起的載波間干擾

　　(1)“突發(fā)”輸出功率。

　　(2)頻率誤差。頻率誤差可以用相對于頻譜儀中心頻率的載波頻率誤差來描述(見圖2)。收發(fā)信機間的頻率誤差將引起各個子載波頻譜相對于接收機FFT頻率的移動，產生載波間干擾(ICI)。

　　(3)符號時鐘誤差。指相對于系統(tǒng)采樣時鐘的參考符號時鐘與實際測量的符號時鐘之差。如果符號時鐘比參考時鐘低會使OFDM信號比所要求的長，引起子載波間距減小;反之，則引起子載波間距增加。兩種情況都產生載波間干擾，使信號的EVM性能惡化。

　　(4)EVM(誤差矢量幅度)。這是最重要的測試參數之一，以保證放大器在輸出足夠功率的同時獲得良好的信號質量。EVM的結果可以對所有載波、數據載波和導頻載波。

　　(5)ACPR(鄰信道功率比)。ACPR指相鄰信道測得的功率與主信道功率之比，反映放大器失真對鄰信道的干擾。

　　(6)頻譜平坦度。反映WiMAX信號子載波的功率變化，它測量每個子載波的平均功率對所有子載波平均功率的偏離。

　　(7)頻譜差(Spectrum Difference)。測量突發(fā)前導部分相鄰子載波的功率差異。

　　(8)頻譜模板(Spectrum Mask)。測量發(fā)信機發(fā)射頻譜的“輪廓”，以保證主信道外沒有過多的功率發(fā)射。

　　RS為WIMAX功放測試提供了快速、準確的解決方案。測試設置如圖3所示，主要包括3部分：

　　圖3 RS的WiMAX射頻模塊測試解決方案

　　●信號源：使用RS信號源SMU200A或SMJ100A并加上相應選件K49，就可以方便地產生802.16 -2004-OFDM，WIMAX 802.16e OFDMA和WIBRO信號。其中，SMU200A除具有極佳的射頻及基帶性能外，還帶有強大的衰落模擬功能，更適合研發(fā)使用。

　　●頻譜儀：RS FSQ系列頻譜儀及選件RS FSQ-K92可支持 802.16-2004-OFDM信號分析;或者使用RS FSQ及選件FSQ-K93，可以支持WiMAX 802.16e OFDMA和WIBRO信號的分析;也可選擇RS FSL系列頻譜儀及選件RS FSL-K92，支持802.16-2004-OFDM信號的分析。

　　●免費的外部PC軟件DemoMeas_WiMAX(可以從RS網頁www.rohde-schwarz.com下載)：它通過GPIB或LAN控制RS信號源(SMU200或SMJ100)和頻譜儀(FSQ或FSL)。如圖4所示，用戶只需在左邊欄目選擇待測的參數，軟件可自動完成測試所需的設置，而且可同時生成測試報告。

　　圖4 在FSQ上進行WiMAX頻譜和星座圖測試界面

　　2.2 WiMAX接收機測試

　　為了測試WiMAX接收機的性能，尤其是802.16e，衰落環(huán)境下的測試顯得尤為重要。SMU200A內置了衰落模擬器，可以模擬單通道40徑或者雙通道20徑的衰落環(huán)境，每個路徑均可進行相應參數的設置，如損耗、延時、移動速度、多普勒頻移等。目前，SUI(Stanford University Interim)模型(SUI1-SUI6)和ITU(國際電信聯(lián)盟)模型(OIP-A/B和V-A)可以用來進行相關的WiMAX衰落測試。在SMU200A的衰落模擬器中，預定義了SUI和ITU模型，用戶可直接調用。

　　使用傳統(tǒng)的測試方法測試MIMO的性能需要兩個信號源和相應的衰落模擬器。但由于SMU200A(或者基帶源AMU200A)可以提供兩路完全獨立的基帶和射頻通道，因此只需一臺儀器就實現(xiàn)MIMO測試。每路信號可以模擬4個衰落通道，并針對WiMAX提供了空時編碼。RS的單臺儀器解決方案，不僅節(jié)約了空間和成本，而且對于兩路信號及衰落通道的同步和合成提供了方便的設置和準確的精度。此外，直觀的操作界面也大大方便了操作(見圖5)。

　　圖5 RS SMU200A的MIMO接收機測試界面

　　3 WiMAX整機射頻一致性測試

　　3.1 WiMAX射頻一致性認證測試簡介

　　WiMAX論壇的目標是把IEEE802.16標準轉化為實際的應用。它是由制造商和網絡運營商組成的業(yè)界協(xié)會，處理除了純技術的IEEE標準以外的WiMAX其他所有相關方面。對WiMAX基站和終端的產品認證是論壇的一個重要工作。它的目標是保證WiMAX服務在全球的可用性和可靠性。一個相關的認證工作組CWG負責如下相關的工作：定義認證和測試過程;列出需要的測試用例清單;選擇測試機構;選擇一致性測試系統(tǒng)等。

　　WiMAX產品需要測試滿足3個條件，即協(xié)議一致性、無線射頻一致性和互操作性。對于最后一項條件，來自不同制造商的產品需要在一個測試網絡中進行互操作性測試和性能評估。前兩項測試條件需要特殊的測試系統(tǒng)。WiMAX的相關測試規(guī)范是技術工作組(TWG)制定的，其中一個重要的射頻一致性測試規(guī)范RCT(Radio Conformance Test Specification)規(guī)定了收發(fā)信機的基帶和射頻信號測試流程和測試條件，用于測試射頻接口與WiMAX規(guī)范的實現(xiàn)一致性程度。

　　根據WiMAX參數，射頻測試主要是對WiMAX技術物理層的關鍵指標和性能進行評估和驗證，一般按照基站側和終端側進行區(qū)分，并且在每一側都分別對發(fā)射機和接收機進行測試。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值和幀定時;發(fā)射機的循環(huán)前綴與符號定時、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。需要注意的是，射頻參數測試不僅應該參考WiMAX認證RCT文檔的要求，而且對于發(fā)射機的功率要求、雜散等具體的地區(qū)性指標，還需要符合所在地區(qū)無線電管理部門的規(guī)定，即一般所說的要通過頻率核準的測試。

　　對接收機進行測試的測試指標包括接收機靈