WiMAX技术及射频模块测试方案

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1、WiMAX 技术及射频模块测试方案 1 WiMAX 简介 无线接入互联网和无线多媒体数据业务的巨大需求推动了无线通信技术的快速发展，通 信技术宽带化，IP化和移动化成为未来的发展趋势。 图 1 MIMO 系统原理图 2 WiMAX 射频模块测试 2.1 WiMAX 发射机测试 以功率放大器为例，说明WiMAX发射机的测试。 为了全面衡量WiMAX功放的性能，除了传统的增益，ldB压缩点和最大输出功率外，往 往还需要测试以下参数： 图 2 频率误差引起的载波间干扰 ⑴& ldquo;突发”输出功率。 (2) 频率误差。频率误差可以用相对于频谱仪中心频率的载波频率误

2、差来描述(见图 2)。 收发信机间的频率误差将引起各个子载波频谱相对于接收机FFT频率的移动，产生载波间干 扰(ICI)。 (3) 符号时钟误差。指相对于系统采样时钟的参考符号时钟与实际测量的符号时钟之差。 如果符号时钟比参考时钟低会使OFDM信号比所要求的长，引起子载波间距减小;反之，则引 起子载波间距增加。两种情况都产生载波间干扰，使信号的EVM性能恶化。 (4) EVM(误差矢量幅度)。这是最重要的测试参数之一，以保证放大器在输出足够功率的 同时获得良好的信号质量。EVM的结果可以对所有载波、数据载波和导频载波。 (5) ACPR(邻信道功率比)。ACPR指相邻信道测得的功率与主信

3、道功率之比，反映放大器 失真对邻信道的干扰。 (6) 频谱平坦度。反映WiMAX信号子载波的功率变化，它测量每个子载波的平均功率对所 有子载波平均功率的偏离。 (7) 频谱差(Spectrum Difference)。测量突发前导部分相邻子载波的功率差异。 (8) 频谱模板(Spectrum Mask)。测量发信机发射频谱的“轮廓”，以保证主 信道外没有过多的功率发射。 R&S为WIMAX功放测试提供了快速、准确的解决方案。测试设置，主要包括3部分： 图3 R&S的WiMAX射频模块测试解决方案 •信号源：使用R&S信号源SMU200

4、A或SMJ100A并加上相应选件K49，就可以方便 地产生 802.16 -2OO4-OFDM, WIMAX 802.16e OFDMA和 WIBRO 信号。其中，SMU200A 除具有极 佳的射频及基带性能外，还带有强大的衰落模拟功能，更适合研发使用。 •频谱仪：R&S FSQ系列频谱仪及选件R&S FSQ-K92可支持802.16-2004-OFDM 信号分析;或者使用R&S FSQ及选件FSQ-K93，可以支持WiMAX 802.16e OFDMA和WIBRO 信号的分析;也可选择 R&S FSL 系列频谱仪及选件 R&S FSL-K92， 支持

5、 802.16-2004-OFDM 信号的分析。 •免费的外部PC软件DemoMeas_WiMAX(可以从R&S网页下载)：它通过GPIB或LAN 控制R&S信号源(SMU200或SMJ100)和频谱仪(FSQ或FSL)。，用户只需在左边栏目选择待 测的参数，软件可自动完成测试所需的设置，而且可同时生成测试报告。 图4在FSQ上进行WiMAX频谱和星座图测试界面 2.2 WiMAX 接收机测试 为了测试WiMAX接收机的性能，尤其是802.16e,衰落环境下的测试显得尤为重要。 SMU200A内置了衰落模拟器，可以模拟单通道40径或者双通道20径的衰落环境，每个路径 均

6、可进行相应参数的设置，如损耗、延时、移动速度、多普勒频移等。目前， SUI(Stanford University Interim)模型(SUI1-SUI6)和ITU(国际电信联盟)模型(OIP-A/B和V-A)可以用来 进行相关的WiMAX衰落测试。在SMU200A的衰落模拟器中，预定义了 SUI和ITU模型，用户 可直接调用。 使用传统的测试方法测试 MIMO 的性能需要两个信号源和相应的衰落模拟器。但由于 SMU200A(或者基带源AMU200A)可以提供两路完全独立的基带和射频通道，因此只需一台仪器 就实现MIMO测试。每路信号可以模拟4个衰落通道，并针对WiMAX提供了空时编码。R

7、&S 的单台仪器解决方案，不仅节约了空间和成本，而且对于两路信号及衰落通道的同步和合成 提供了方便的设置和准确的精度。此外，直观的操作界面也大大方便了操作(见图5)。 图5 R&S SMU200A的MIMO接收机测试界面 3 WiMAX 整机射频一致性测试 3.1 WiMAX射频一致性认证测试简介 WiMAX论坛的目标是把IEEE802.16标准转化为实际的应用。它是由制造商和网络运营商 组成的业界协会，处理除了纯技术的IEEE标准以外的WiMAX其他所有相关方面。对WiMAX 基站和终端的产品认证是论坛的一个重要工作。它的目标是保证WiMAX服务在全球的可用性 和可靠

8、性。一个相关的认证工作组CWG负责如下相关的工作：定义认证和测试过程;列出需要 的测试用例清单; 选择测试机构; 选择一致性测试系统等。 WiMAX产品需要测试满足3个条件，即协议一致性、无线射频一致性和互操作性。对于 最后一项条件，来自不同制造商的产品需要在一个测试网络中进行互操作性测试和性能评估。 前两项测试条件需要特殊的测试系统o WiMAX的相关测试规范是技术工作组(TWG)制定的，其 中一个重要的射频一致性测试规范RCT(Radio Conformance Tes t Spec if ica tion)规定了收 发信机的基带和射频信号测试流程和测试条件，用于测试射频接口与WiMAX

9、规范的实现一致 性程度。 根据WiMAX参数，射频测试主要是对WiMAX技术物理层的关键指标和性能进行评估和验 证，一般按照基站侧和终端侧进行区分，并且在每一侧都分别对发射机和接收机进行测试。 具体而言，射频参数测试中的核心内容通常包括接收机的灵敏度， CP 值和帧定时;发射机的 循环前缀与符号定时、调制与编码、频谱平坦度、功率控制、相对星座图误差、频谱模板等 内容。需要注意的是，射频参数测试不仅应该参考WiMAX认证RCT文档的要求，而且对于发 射机的功率要求、杂散等具体的地区性指标，还需要符合所在地区无线电管理部门的规定， 即一般所说的要通过频率核准的测试。 对接收机进行测试的测试指标

10、包括接收机灵敏度和动态范围 ; 对发射机进行测试的测试 指标包括开环输出功率范围，闭环功率控制范围，最大射频输出功率，最小受控输出功率， 待机输出功率，DRC信道输出功率，ACK信道输出功率，数据信道输出功率，发射机传导性杂 散发射，调制性能等;最后，还包括终端的吞吐率性能测试，包括上行和下行吞吐率测试。 3.2 R&S TS8970 WiMAX射频一致性认证测试系统 WiMAX论坛选择了 R&S公司的TS8970测试系统作为IEEE802.16e-2005移动WiMAX 标准的无线射频一致性测试系统(见图6)。在2006年5月韩国和维也纳的WiMAX会议上， R&

11、S第一次推出了这套系统。伴随着WiMAX论坛正在进行的测试标准化工作，R&S 也正在TS8970系统上实行所有必须的测试用例。 图 6 R&S WiMAX 射频一致性认证测试系统 R&S TS8970系统是基于R&S公司高端仪表的基础上，采用了信号源SMU200A及 其选件SMX-K49作为信号产生部分，信号分析仪FSQ及其选件FSQ-K93作为信号分析部分， 所需的信令连接部分采用了一个OEM的基站和终端模拟器。同时，还有一个全自动的射频开 关矩阵，它的频率达到6GHz,可以保证测试系统和被测件之间每个测试用例要求的信号转换 通路。 与R&S T

12、S895x 2G和3G移动通信的认证系统一样，R&S TS8970系统使用了可 靠的 RS-PASS 控制软件。由于它具有模块化和独立于标准的结构，整个软件可以在 TS8970 中迅速实现。系统特定的一些应用，如全自动的射频路径校准补偿、系统自检程序和所有的 管理、控制程序（如版本浏览器、测试用例和测试序列编辑器、测试参数和结果管理），这些 都可以直接使用，不需要做改变。此外，最初的 WiMAX 指定的一些测试用例可以使用一些 RS-PASS 基本程序来开发。而且， R&STS8970 是第一套全部使用以太网控制的测试系统。 4 WiMAX 终端无线测试仪 CMW270 在

13、生产测试方面，R&S最新推出了集非信令测试和信令测试于一体的WiMAX802.16e 终端无线测试仪CMW270，可以满足用户在非信令模式测量，信令模式测量和功能验证，校准、 服务和质量保证等各种WiMAX测试领域的需求（见图7）。 图7 WiMAX终端无线测试仪CMW270 对于在非信令模式下射频测量方面，CMW270可以提供快速的发射机测量，测试发射机的 突发功率，邻信道功率ACP，EVM和IQ不平衡度等调制指标，中心频率误差，频谱平坦度， 频谱杂散模版等频谱性能。并内置了 ARB 信号源用于接收机测量，测试接收机在保持一定的 PER 或 BER 情况下的接收机灵敏度和最大输入

14、电平等指标。此外， CMW270 内置了通用的 RF 信号源和RF功率计，可以完成如外部射频电缆校准等通用测量功能。 对于信令模式下的射频验证，CMW270可以提供实时信令，从而可以作为一个基站模拟器 使用。此时的WiMAX终端可以像在一个实际的WiMAX网络中一样进行操作，修改一些必要的 发射参数，模拟各种复杂的测试场景进行测试。例如，测量载波干扰噪声信号比CINR和接收 信号强度指示RSSI等指标，以及开机搜索、功率控制等物理层和MAC层功能的验证。 对于质量保证和服务等方面的应用，用户也可以通过外部的显示器、鼠标和键盘来进行 手工操作，完成仪器所有的设置和测量。 由于具有实时信令模

15、拟的能力，CMW270可以测试不同芯片厂商的终端而不需要特殊的测 试模式接口，从而大大降低了测试时间和测试系统的复杂度。由于仪器体积小巧,CMW270可 以很方便地集成到生产线中去，并且可以通过LAN，IEC/IEEE总线或者USB2.0接口来进行远 程控制。 CMW270的频率范围从100MHz~6GHz,并且具有高信号质量和精度，包括QPSK和QAM等各 种调制方式和从1/2, 2/3到3/4各种信道编码方式，从而可以满足目前WiMAX标准的各种要 求。 更进一步，CMW270采用了模块化的平台结构，从而可以轻松地适应未来IEEE802.16e标 准的升级。内部的测量和信令功能是由可编

16、程逻辑器件FPGA和数字信号处理器DSP来完成的， 从而可以通过固件升级的方式来轻松升级，适应标准的变化。 CMW270 还提供了应用测试的功能，通过在各种不同的测试场景下外部 PC 发送和接收 TCP/IP数据包（数据或语音）来测试数据吞吐量。 由于其快速的测量能力、高精确度和面向未来的平台设计理念，R&SCMW270为用户 提供了 WiMAX 移动终端的高性能、低成本的测试解决方案。 5 WiMAX无线覆盖测试系统TSMW 在完成了 WiMAX的网络部署之后，就要对WiMAX的网络覆盖进行测量并且对网络规划中 存在的干扰进行测试，结合WiMAX终端还可以在现网中测试网络的Q

17、oS。&S针对802.16e 使用TSMW网络扫频仪对网络进行覆盖测量以及干扰分析。通过Romes路测软件的控制，可以 解析出针对ID Cell和PA Index对小区进行覆盖测量。输出Preamble的覆盖质量(CINR)和 覆盖电平(RSSI)参数。同时，TSMW还可以对每个ID Cell的多径进行测量，这样输出结果不 仅包括了所有多径的合成功率，还针对每路多径分别给出RSSI和CINRo由于TSMW可以对每 个Segment的所有小区进行测量，因此可以通过该功能实现网络之后的频率优化。 TSMW本身为独立双端口接收机设置，单一通道有20MHz的带宽，因此在设备的研发初期 就考虑

18、了对MIM0的支持(见图8)o它的频段范围可以达到6GHz,满足所有的频段需求，内置 12通道高灵敏度GPS接收机，可以实现测量同GSS系统的完美结合。它在射频性能上表现尤 其突出，内置预选器，可以提高对于接收系统干扰的抑制和仪表本身的动态范围，噪声系数 极低，极大地提高了仪表的底噪指标。并且提供的IQ数据直接获取也给研发阶段一些非标准 信号的分析提供了可能。 图8 WiMAX无线覆盖测试系统TSMW 6 结束语 在产品研发阶段， R&S WiMAX 射频仪器强大的功能和出色的性能确保厂商能及时、 准确地验证其射频模块和部件;在产品认证阶段，R&S利用其在移动通信一致性认证测试 中的领先地位，率先提供了 TS8970以满足WiMAX整机射频一致性测试的需求;在生产测试阶 段， R&S 有集 WiMAX 信令和非信令模式于一体的的生产测试解决方案 ——WiMAX终端无线测试仪CMW270，从而提供了从研发、认证到生产的全系列测 试解决方案。