3G接入WLAN测试方案 WLAN测试基本概念

【摘要】介绍了WLAN的基本概念及其测试，并且在此基础上介绍了罗德与施瓦茨公司的全面测试解决方案。
1 引言
随着中国三大运营商3G网络的正式运行，以及手机WLAN（WAPI）的近期开闸入网，3G与WLAN这两种技术将会相互互补，它们的融合也将越来越紧密。WLAN系统的高速率可以与3G移动通信技术的高移动性及大覆盖范围相结合：在热点地区通过WLAN为用户提供廉价而更高带宽的“游牧”式无线数据服务，在其它地区和高速移动中通过3G技术提供真正“漫游”式的无线数据服务，这类融合会使WLAN在3G终端方面也会像WLAN在PC方面取得同样的成功。同时，3G终端也增加了WLAN的研发、认证和生产测试需求。
2 WLAN测试基本概念
IEEE 802.11是IEEE无线局域网（WLAN）的标准，它包括802.11a，b，g，以及采用最新MIMO和OFDM技术的下一代无线局域网的标准802.11n等，这里我们主要介绍802.11a/b/g标准。
IEEE 802.11b在1997年发布，是IEEE 802.11在2.4~2.4835GHz频段的一个补充，数据速率最高可达11Mbit/s，调制方式采用补码键控(CCK：Complementary Code Keying)，运作模式分点对点模式和基本模式两种。数据传输速率可在11，5.5，2，1Mbit/s上自动切换，向下兼容。
IEEE 802.11a在1999年发布，是IEEE 802.11在5.15~5.825GHz频段的一个补充。由于IEEE 802.11b工作的2.4GHz频段是公开的，不需要执照，这个频段不但是工业、教育、医疗专用，甚至还有微波炉和无绳电话工作，因此电磁波干扰非常严重。因此，IEEE 802.11a标准规定5.15~5.825GHz频段，802.11a数据速率可达54Mbit/s或72Mbit/s(Turbo)，采用正交频分复用(OFDM)技术和BPSK，QPSK，16QAM及64QAM调制方式。
IEEE 802.11g在2003年发布，扩展了802.11b标准到更高的传输速率。它包括以前的802.11b标准，并实现了在2.4GHz的ISM频段上802.11a标准的OFDM的传输技术。在物理层上，数据包的结构和调制格式与802.11g和802.11a都是相同的，只是传输频率不同。它在2.4GHz的频段上，数据速率可达54Mbit/s，并向下兼容。关键技术有DSSS，CCK，PBCC(包二进制卷积)和OFDM技术。
由于这3种802.11标准之间的差异，相应的测试参数及要求也不尽相同。具体的测试项目可以大致分为以下几种：
WLAN IEEE 802.11a/b/g 测试方法

3 罗德与施瓦茨公司的WLAN 测试方案
WLAN 射频模块的测试，根据上述802.11a/b/g 相应的规范，可以分为发射机测试和接收机测试两部分。需要注意的是，测试WLAN，特别是802.11n，需要带宽很宽的测量仪表。客户现有的仪器中，有些就是由于带宽的限制而不能升级WLAN 测试功能。罗德与施瓦茨公司能提供从研发、认证到生产的各种测试仪表和解决方案。
（1）射频和协议研发、认证测试方案
射频测试方案如传统的矢量信号源 SMx（如SMU200A）及矢量信号分析仪FSx 系列(如FSQ/FSV)或者综合测试仪CMW500/280。这些仪器的带宽都非常宽，因此只要加上相应的WLAN 测试选件，就能进行WLAN各个标准的测试。信号分析仪的测量选件测试功能主要包括发射频谱模板、频谱平坦度、各种调制参数（EVM，星座图，比特流，IQ 参数）及CCDF 等。关于接收机的测试，除了使用信号源在WLAN 模块的测试模式下进行以外，也可以模拟信令模式，进行接收机的PER（误包率）的性能测试，关于PER 测试，罗德与施瓦茨公司网站上的应用文档1GP56《802.11 Packet Error Rate Testing》有详细介绍。
协议测试方案如 PTW70。PTW70 是IEEE802.11 多种模式的协议测试仪，支持802.11a 和802.11g 系统，即它提供从射频前端、物理协议层和MAC 协议层一直到应用程序测试的多种功能。在802.11b 标准测试方面，重点放在互通性测量上，尤其是802.11b 和802.11g 互通性测试的监控模式和分析功能。PTW70 是包括从芯片组到整个系统架构在内的WLAN 系统组件不可或缺的故障诊断工具。依赖其自身所含的WLAN 软件和硬件模块，PTW70 可用于评测不同系统组件之间的交互性和测试不同技术之间的兼容性。PTW70 在分析仪模式下，可以模拟IEEE802.11 参考模型的WLAN 接入点或基站；在侦测或监测模式下可以记录WLAN 小区内
的数据通讯及消息。
（2）生产测试方案，CMW500/280 宽带综合测试仪
CMW500/280 是一台多标准的无线综合测试仪。除了支持2G 和3G 等各个蜂窝移动通信标准外，还可以支持WLAN等非蜂窝通信标准。CMW500/280集成了矢量信号源和分析仪的宽带无线通信测试仪，提供WLAN终端的全面测量，同时测试速度的极大提升将会大大降低生产测试成本。CMW500/280由于带宽高达40MHz，因此不但支持802.11a/b/g，还能支持最新的802.11n。它具备全面的测试功能，包括WLAN的发射机模块测试，如发射功率；OFDM，DSSS解调，EVM vs Symbol，EVM vs Carrier，EVM vs Chip，IQ星座图等调制参数；以及频谱模板等测量，还包括接收机模块的测试，如CMW仪器上产生各种WLAN信号进行FER及RSSI的测试。
值得一提的是，得益于R&S创新的“Multi-Evaluation”并行测试方法（见图1），CMW的测试速度比以往综测仪可快上数倍。一般来说，我们要测试的发射机性能可以分为功率/功率时间曲线、调制质量、频谱3大类指标。以往采用传统方法测试这3大类指标时，都分别对这3类指标采用如下流程：采集数据→存储→评估分析。因此，为了测得这3大指标要采集3次数据。我们知道，采集数据因为需要收集足够多的样本，是最占用测试时间的。如果能改进流程，只采集一次数据，存储起来，3大指标的分析都使用同一组采集数据，就至少能节省两次数据采集的时间。CMW的“Multi-Evaluation”就是采用这一创新方法，其流程是：采集数据→存储→多重评估（Multi-Evaluation）。使用该流程，只需采集一次数据，就可以测试所有的发射指标。因而相对传统的测试方法成倍地提高了测试速度。

图1为CMW500“Multi-Evaluation”并行测试界面，本例显示CMW同时测试802.11g的EVM vs Symbol，EVM vs Carrier和Spectrum指标。
另外，由于中国允许带WAPI的3G手机入网，可以预见，3G＋WLAN手机的生产测试需求会大量增加。由于消费者希望手机集成越来越多的功能。因此，很多3G手机大都具备蓝牙，GPS，调频（FM）收音机，甚至可能包含手机电视CMMB。一台手机集成了这么多的功能，测试自然会相应增加。如果使用传统的仪器搭建这样的测试，最多的情况下，需要用6台不同的测试仪器：2G/3G手机综测仪，WLAN综测仪，蓝牙综测仪，GPS信号源，FM信号源，CMMB信号源。
首先设备投资需增加，并且测试系统复杂度会大大增加且带来维护费用的增加；其次，由于要测试的通信标准增加，测试时间会大大加长。其结果是总体的生产测试成本会大大增加。因此，手机厂商将面对这样一个难题：测试支持多无线技术的手机时，测试成本相应大大提高。但是，消费者却不能接受多标准、多功能手机比以前贵太多。
如果使用CMW500/280，就可以很好地解决这一难题。由于CMW500/280是一台多标准的无线综合测试仪。它可以支持2G/3G标准和WLAN，蓝牙，GPS，FM以及CMMB标准。这样，测试多标准的手机就只需要一台仪器，这降低了设备投资，并大大简化了生产测试系统。因而解决了上面的设备投资和测试系统复杂带来的问题。另外，CMW在各个通信标准都采用了创新的R&S的“Multi-Evaluation”并行测试方法，再加上适用于2G/3G手机射频校准的“Smart Alignment”快速智能校准技术，可以大大减少测试时间，从而大大缓解由于通信标准增加带来的测试时间加长的问题。所以，使用CMW可以在增加通信标准的同时，测试成本却没有明显增加，这利于厂商生产出性价比更高的多无线标准手机。
4 结束语
3G终端的WLAN的开放以及这两种技术完美的互补应用，将带来越来越多支持WLAN的3G终端，并推动移动互联网业务的发展。但是，由于消费者不希望3G+WLAN以及其它无线技术的手机比以往的手机贵太多，因此手机厂商需要优化测试流程，采用创新的测试技术，从而降低测试多标准手机的测试成本。罗德与施瓦茨公司的CMW500/280顺应了这一需求，由于采用创新的设计和测试理念，CMW能帮助客户生产出性价比更高的支持各种无线技术的手机。