關(guān)于WiMAX測試的幾點認(rèn)識和體會
2011/11/07
自從兩年前IEEE802.16-2004規(guī)范公布以來，固定WiMAX的產(chǎn)品已經(jīng)逐漸走向成熟，已經(jīng)開始在中小企業(yè)、DSL替代等領(lǐng)域的應(yīng)用嶄露頭角。隨著韓國WiBro納入WiMAX的技術(shù)范疇以及SprintNextel決定在全美國范圍內(nèi)用移動WiMAX部署其下一代（4G）無線寬帶網(wǎng)絡(luò)等消息頻頻發(fā)布，移動WiMAX也猶如雨后春筍，似乎其大規(guī)模商用的時代已經(jīng)到來。就是在這樣一個沸沸揚揚的大背景下，筆者結(jié)合自己在工作中的切身體會，發(fā)表一些見解。
一、WiMAX認(rèn)證測試的總體情況
目前為止，在全世界范圍內(nèi)，由WiMAX論壇認(rèn)可的WiMAX設(shè)備認(rèn)證測試實驗室有兩家：西班牙的Cetecom和韓國的TelecommunicationsTechnologyAssociation(TTA)。最近，WiMAX論壇計劃宣布開放更多的認(rèn)證實驗室，以此來滿足設(shè)備廠商和運營商的測試要求，中國信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院(CATR)已經(jīng)被計劃列為固定WiMAX設(shè)備測試認(rèn)證實驗室。
WiMAX認(rèn)證程序2004年10月被批準(zhǔn)，到2005年中期開始正式實行。整個認(rèn)證流程對物理層和媒體接入層（MAC）進(jìn)行兩種類型的測試，即性能測試和互通性測試。前者是為了確保設(shè)備可以正確實現(xiàn)由IEEE802.16以及ETSIHiperMAN標(biāo)準(zhǔn)給定的技術(shù)規(guī)范，而后者是檢驗不同廠家的產(chǎn)品在同一網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同工作情況，互通性測試要求至少三家以上不同公司的設(shè)備參與，它們具有相同的系統(tǒng)配置文件（頻譜波段、信道寬度以及雙工方式）。
下面對WiMAX認(rèn)證測試流程給出簡要的介紹，如圖1所示，WiMAX認(rèn)證的基本過程如下。
- 各設(shè)備廠商參照WiMAX的PICS文件自行（或委托）進(jìn)行設(shè)備的預(yù)認(rèn)證測試。
- 經(jīng)過預(yù)認(rèn)證測試的設(shè)備送至WiMAX授權(quán)的認(rèn)證實驗室進(jìn)行一致性認(rèn)證，該認(rèn)證不僅基于WiMAX的TSS&TP、ATS、RCT等配置下的測試計劃和基于802.16f規(guī)范的業(yè)務(wù)規(guī)定，還將包括設(shè)備廠商提供的任何附加陳述文件。
- 通過實驗室的一致性認(rèn)證之后，按照WiMAX認(rèn)可的互操作測試計劃，該設(shè)備將繼續(xù)在實驗室進(jìn)行與其他廠家的設(shè)備（至少3家）互通操作測試，通過互操作測試的設(shè)備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標(biāo)識。
- 如果上述任何環(huán)節(jié)通不過，待測設(shè)備都將返回第一步進(jìn)行重新測試
。
在WiMAX測試認(rèn)證工作的執(zhí)行過程中，一些新的測試項目被不斷引入，測試內(nèi)容分為不同的版本。測試版本1（Release1）針對一些基本的功能項目，比如空中接口、網(wǎng)絡(luò)接口、動態(tài)業(yè)務(wù)和帶寬配置等。而測試版本2（Release2）增加了一些可選模塊，如服務(wù)質(zhì)量（QoS）、高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）以及自動重復(fù)請求(ARQ)等。所有通過認(rèn)證測試的設(shè)備必須保證與具有相同配置內(nèi)容的其他廠家的設(shè)備實現(xiàn)互通，不但要滿足與當(dāng)前測試版本的設(shè)備互通，而且后向兼容以前的測試版本的設(shè)備。
二、運營商對WiMAX測試的考慮
圍繞WiMAX技術(shù)的測試從理論上講應(yīng)該分為兩個層面，設(shè)備級測試和系統(tǒng)測試。其中設(shè)備級測試層面是面向設(shè)備制造商的，是WiMAX認(rèn)證測試流程主要針對的對象；而系統(tǒng)測試層面主要是運營商關(guān)心的范疇。
從運營商的角度，通常會關(guān)注射頻參數(shù)測試、功能測試、系統(tǒng)性能測試、業(yè)務(wù)測試、互通性測試、設(shè)備相關(guān)接口測試及與供電、電磁兼容等相關(guān)測試的主要測試領(lǐng)域，這些測試領(lǐng)域中，部分內(nèi)容可以借鑒WiMAX論壇的認(rèn)證和IETF相關(guān)文檔，部分內(nèi)容需要遵從國家頻率、設(shè)備安全等管理部門的要求，剩下的內(nèi)容則需要滿足運營商的要求。通常，此部分內(nèi)容在不同的運營商之間會存在不同的側(cè)重和差異性。下面，就這對上述提到的主要測試領(lǐng)域進(jìn)行一定的說明。
- 射頻參數(shù)測試：主要是對WiMAX技術(shù)的物理層的關(guān)鍵指標(biāo)和性能進(jìn)行評估和驗證，一般按照基站側(cè)和終端側(cè)進(jìn)行區(qū)分，并且在每一側(cè)都分別對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行測試。具體而言，射頻參數(shù)測試中的核心內(nèi)容通常包括接收機(jī)的靈敏度、CP值、幀定時；發(fā)射機(jī)的循環(huán)前綴與符號定時、調(diào)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(nèi)容。對于TDD的系統(tǒng)，還應(yīng)該額外考慮對終端側(cè)的收發(fā)間隔（即RTG和TTG）進(jìn)行測試。需要注意的是，射頻參數(shù)測試不僅應(yīng)該參考WiMAX認(rèn)證中RCT文檔的要求（當(dāng)然，具體設(shè)備配置參數(shù)的選擇，需要根據(jù)WiMAX認(rèn)證中PICS文檔事先確定），但是，對于發(fā)射機(jī)的功率要求、雜散等具體的地區(qū)性指標(biāo)，還需要符合所在地區(qū)無線電管理部門的規(guī)定，即一般所說的設(shè)備要通過頻率核準(zhǔn)的測試。
- 功能測試：要對WiMAX技術(shù)的MAC層的主要過程進(jìn)行驗證，是保證不同廠家的設(shè)備、系統(tǒng)之間實現(xiàn)互通的主要環(huán)節(jié)，以固定WiMAX為例，通常包括信道描述符、測距、基本能力協(xié)商、安全與密鑰管理、動態(tài)業(yè)務(wù)、重置與注冊、時鐘比較等關(guān)鍵功能的測試。功能測試主要參考WiMAX認(rèn)證中TSS&TP文檔的要求（當(dāng)然，具體設(shè)備配置參數(shù)的選擇，需要根據(jù)WiMAX認(rèn)證中PICS文檔事先確定），對于運營商而言，在進(jìn)行多廠家之間的互通性測試（IOT）時，需要在該項測試中進(jìn)行深究；否則，該測試內(nèi)容參考WiMAX論壇的結(jié)論即可。
- 系統(tǒng)性能測試：主要側(cè)重與業(yè)務(wù)QoS保證相關(guān)的吞吐量、帶寬保證、業(yè)務(wù)優(yōu)先級保證、時延及抖動、丟包率等方面的測試。測試的主要依據(jù)來源于IETF的RFC2544（對以太網(wǎng)進(jìn)行測試的方法論）和RFC1242（測試術(shù)語表），在移動WiMAX的系統(tǒng)性能測試中，還應(yīng)該包括與移動性相關(guān)的測試，如移動IP相關(guān)的測試、移動性管理、切換的具體業(yè)務(wù)指標(biāo)實現(xiàn)等方面。
- 業(yè)務(wù)測試：主要包括目前寬帶IP應(yīng)用的典型業(yè)務(wù)，按照運營商的關(guān)心程度由高到低，依次是VoIP、網(wǎng)頁瀏覽、FTP下載、視頻會議、交互游戲等，同時，在條件允許的情況下，還可以進(jìn)行單終端支持多種混合業(yè)務(wù)的測試。該部分測試的依據(jù)一般取決于運營商的具體業(yè)務(wù)需求，實質(zhì)上是以最終用戶的業(yè)務(wù)體驗習(xí)慣為準(zhǔn)的，當(dāng)然，WiMAX論壇SPWG的需求文檔也可以借鑒。
- 互通性測試：該部分內(nèi)容在功能測試中已有一定的闡述，互通性測試一般也稱之為IOT測試、協(xié)議一致性測試。根據(jù)其測試的側(cè)重和程度的不同，一般可以分成功能性互通測試和業(yè)務(wù)互通測試。當(dāng)然，從運營商的角度，業(yè)務(wù)互通測試是最終目的，其操作流程并不復(fù)雜，只是選擇不同廠家的基站和終端，重復(fù)功能測試和業(yè)務(wù)測試的相應(yīng)內(nèi)容即可。但是，由于器件工藝、協(xié)議實現(xiàn)的差異，實際的互通性測試實施是一個需要不斷調(diào)整設(shè)備的物理層和MAC層，甚至逐段對比協(xié)議的“艱苦”過程；另外，對于涉及移動組網(wǎng)的移動WiMAX就更加復(fù)雜，其互通除了上述內(nèi)容外，重點在于從R1～R6的移動網(wǎng)絡(luò)接口之間的互通（如圖2所示，在進(jìn)行接口互通的測試時，可以參照WiMAX論壇NWG的相關(guān)文檔和各運營商的特殊需求），由于涉及多個網(wǎng)元，實現(xiàn)起來將更加困難。
圖：移動WIMAX的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
- 設(shè)備相關(guān)接口測試（如FE、10/100M、E1、Z接口等和包括供電、電磁兼容等其他類測試）：該兩部分內(nèi)容多屬于功能符合性測試，其功能的有效性已經(jīng)間接體現(xiàn)在射頻參數(shù)、功能、系統(tǒng)性能乃至業(yè)務(wù)測試中了，因此不是運營商重點關(guān)注的內(nèi)容，只是如果運營商自己進(jìn)行設(shè)備選型或終端側(cè)的入網(wǎng)測試時，會進(jìn)行有重點的選擇測試。
三、實際測試中的一些情況介紹
上文介紹的主要測試領(lǐng)域側(cè)重實驗室環(huán)境，運營商在對設(shè)備經(jīng)過一定程度上的實驗室測試后，一般會進(jìn)一步進(jìn)行外場測試。在外場測試中，覆蓋、容量、多終端下的QoS保證、移動性、長時傳輸能力等方面將成為重點的測試內(nèi)容，下面就針對固定WiMAX技術(shù)，對其部分外場測試內(nèi)容進(jìn)行介紹（典型外場測試框圖參考圖3）。
1.TCP層吞吐量和相應(yīng)時間
下面給出單扇區(qū)范圍內(nèi)，在64QAM調(diào)制格式的工作方式下，單個CPE工作和三個CPE同時工作時的吞吐量和響應(yīng)時間的典型測試結(jié)果，業(yè)務(wù)類型均為BE。
表 1 單扇區(qū)下的吞吐量/相應(yīng)時間測試結(jié)果
從測試數(shù)據(jù)可見，當(dāng)僅有單個CPE工作的時候，整個系統(tǒng)還沒有達(dá)到最大上、下行吞吐量，系統(tǒng)的吞吐能力留有部分冗余量。當(dāng)多個CPE同時工作的時候，系統(tǒng)可以達(dá)到最大的利用率。在測試的過程中，雖然我們可以發(fā)現(xiàn)上行總吞吐量大于下行總吞吐量，但是對于這個測試結(jié)果的分析往往需要綜合考慮當(dāng)時外場測試時具體的線路狀況以及每個廠家產(chǎn)品本身對上下路鏈路資源的調(diào)度方案。
這里還需要進(jìn)行說明的是雖然在理論上對于3.5MHz帶寬的信道，WiMAX系統(tǒng)物理層下行吞吐量在理論上可以實現(xiàn)大約10Mbit/s，但是利用Chairot進(jìn)行TCP層的流量測試，除去一些開銷外，實測吞吐量值會小于在物理層的實際吞吐量值。
2.VoIP的MOS值
MOS是用來評價VoIP話音質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，IP電話業(yè)務(wù)的MOS定義通常分為5級：4.0－5.0（優(yōu)）、3.5－4.0（良）、3.0－3.5（中）、1.5－3.0（差）、0－1.5（劣）。
表2和表3是對于64QAM3/4調(diào)制格式信號在背景流輕載（20%）和重載（90%）條件下的VoIP性能典型評估結(jié)果。
可見在具備QoS保障的時候，無論是上行的背景數(shù)還是下行的背景流，對于幾種不同壓縮編碼方案的VoIP的MOS值影響并不大，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)順暢、清楚的語音通話。設(shè)備空中接口支持不同QoS等級的業(yè)務(wù)，這樣便于運營商向不同的客戶提供不同服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)。
四、結(jié)束語
本文并未過深地探究WiMAX的具體測試細(xì)節(jié)，而是從運營商的角度，通過較全面的描述，給出WiMAX測試的主要思路、一定的測試方法和依據(jù)，同時，在一定程度上探討了運營商關(guān)心的測試和WiMAX論壇、國家無線電管理部門等業(yè)界其他機(jī)構(gòu)測試的相互關(guān)系，希望能夠拋磚引玉，在WiMAX測試領(lǐng)域與廣大讀者加深溝通，共同提高。
電子工程世界
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