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關于WiMAX測試的幾點認識和體會

2011/11/07

　　自從兩年前IEEE802.16-2004規(guī)范公布以來，固定WiMAX的產品已經逐漸走向成熟，已經開始在中小企業(yè)、DSL替代等領域的應用嶄露頭角。隨著韓國WiBro納入WiMAX的技術范疇以及SprintNextel決定在全美國范圍內用移動WiMAX部署其下一代（4G）無線寬帶網絡等消息頻頻發(fā)布，移動WiMAX也猶如雨后春筍，似乎其大規(guī)模商用的時代已經到來。就是在這樣一個沸沸揚揚的大背景下，筆者結合自己在工作中的切身體會，發(fā)表一些見解。

　　一、WiMAX認證測試的總體情況

　　目前為止，在全世界范圍內，由WiMAX論壇認可的WiMAX設備認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證實驗室，以此來滿足設備廠商和運營商的測試要求，中國信息產業(yè)部電信研究院(CATR)已經被計劃列為固定WiMAX設備測試認證實驗室。

　　WiMAX認證程序2004年10月被批準，到2005年中期開始正式實行。整個認證流程對物理層和媒體接入層（MAC）進行兩種類型的測試，即性能測試和互通性測試。前者是為了確保設備可以正確實現由IEEE802.16以及ETSIHiperMAN標準給定的技術規(guī)范，而后者是檢驗不同廠家的產品在同一網絡中的協同工作情況，互通性測試要求至少三家以上不同公司的設備參與，它們具有相同的系統配置文件（頻譜波段、信道寬度以及雙工方式）。

　　下面對WiMAX認證測試流程給出簡要的介紹，如圖1所示，WiMAX認證的基本過程如下。

各設備廠商參照WiMAX的PICS文件自行（或委托）進行設備的預認證測試。

經過預認證測試的設備送至WiMAX授權的認證實驗室進行一致性認證，該認證不僅基于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)務規(guī)定，還將包括設備廠商提供的任何附加陳述文件。

通過實驗室的一致性認證之后，按照WiMAX認可的互操作測試計劃，該設備將繼續(xù)在實驗室進行與其他廠家的設備（至少3家）互通操作測試，通過互操作測試的設備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標識。

如果上述任何環(huán)節(jié)通不過，待測設備都將返回第一步進行重新測試

。
　　在WiMAX測試認證工作的執(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、網絡接口、動態(tài)業(yè)務和帶寬配置等。而測試版本2（Release2）增加了一些可選模塊，如服務質量（QoS）、高級加密標準（AES）以及自動重復請求(ARQ)等。所有通過認證測試的設備必須保證與具有相同配置內容的其他廠家的設備實現互通，不但要滿足與當前測試版本的設備互通，而且后向兼容以前的測試版本的設備。

　　二、運營商對WiMAX測試的考慮

　　圍繞WiMAX技術的測試從理論上講應該分為兩個層面，設備級測試和系統測試。其中設備級測試層面是面向設備制造商的，是WiMAX認證測試流程主要針對的對象；而系統測試層面主要是運營商關心的范疇。

　　從運營商的角度，通常會關注射頻參數測試、功能測試、系統性能測試、業(yè)務測試、互通性測試、設備相關接口測試及與供電、電磁兼容等相關測試的主要測試領域，這些測試領域中，部分內容可以借鑒WiMAX論壇的認證和IETF相關文檔，部分內容需要遵從國家頻率、設備安全等管理部門的要求，剩下的內容則需要滿足運營商的要求。通常，此部分內容在不同的運營商之間會存在不同的側重和差異性。下面，就這對上述提到的主要測試領域進行一定的說明。

射頻參數測試：主要是對WiMAX技術的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、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。對于TDD的系統，還應該額外考慮對終端側的收發(fā)間隔（即RTG和TTG）進行測試。需要注意的是，射頻參數測試不僅應該參考WiMAX認證中RCT文檔的要求（當然，具體設備配置參數的選擇，需要根據WiMAX認證中PICS文檔事先確定），但是，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，即一般所說的設備要通過頻率核準的測試。

功能測試：要對WiMAX技術的MAC層的主要過程進行驗證，是保證不同廠家的設備、系統之間實現互通的主要環(huán)節(jié)，以固定WiMAX為例，通常包括信道描述符、測距、基本能力協商、安全與密鑰管理、動態(tài)業(yè)務、重置與注冊、時鐘比較等關鍵功能的測試。功能測試主要參考WiMAX認證中TSS&TP文檔的要求（當然，具體設備配置參數的選擇，需要根據WiMAX認證中PICS文檔事先確定），對于運營商而言，在進行多廠家之間的互通性測試（IOT）時，需要在該項測試中進行深究；否則，該測試內容參考WiMAX論壇的結論即可。

系統性能測試：主要側重與業(yè)務QoS保證相關的吞吐量、帶寬保證、業(yè)務優(yōu)先級保證、時延及抖動、丟包率等方面的測試。測試的主要依據來源于IETF的RFC2544（對以太網進行測試的方法論）和RFC1242（測試術語表），在移動WiMAX的系統性能測試中，還應該包括與移動性相關的測試，如移動IP相關的測試、移動性管理、切換的具體業(yè)務指標實現等方面。

業(yè)務測試：主要包括目前寬帶IP應用的典型業(yè)務，按照運營商的關心程度由高到低，依次是VoIP、網頁瀏覽、FTP下載、視頻會議、交互游戲等，同時，在條件允許的情況下，還可以進行單終端支持多種混合業(yè)務的測試。該部分測試的依據一般取決于運營商的具體業(yè)務需求，實質上是以最終用戶的業(yè)務體驗習慣為準的，當然，WiMAX論壇SPWG的需求文檔也可以借鑒。

互通性測試：該部分內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、協議一致性測試。根據其測試的側重和程度的不同，一般可以分成功能性互通測試和業(yè)務互通測試。當然，從運營商的角度，業(yè)務互通測試是最終目的，其操作流程并不復雜，只是選擇不同廠家的基站和終端，重復功能測試和業(yè)務測試的相應內容即可。但是，由于器件工藝、協議實現的差異，實際的互通性測試實施是一個需要不斷調整設備的物理層和MAC層，甚至逐段對比協議的“艱苦”過程；另外，對于涉及移動組網的移動WiMAX就更加復雜，其互通除了上述內容外，重點在于從R1～R6的移動網絡接口之間的互通（如圖2所示，在進行接口互通的測試時，可以參照WiMAX論壇NWG的相關文檔和各運營商的特殊需求），由于涉及多個網元，實現起來將更加困難。

圖：移動WIMAX的基本網絡架構

設備相關接口測試（如FE、10/100M、E1、Z接口等和包括供電、電磁兼容等其他類測試）：該兩部分內容多屬于功能符合性測試，其功能的有效性已經間接體現在射頻參數、功能、系統性能乃至業(yè)務測試中了，因此不是運營商重點關注的內容，只是如果運營商自己進行設備選型或終端側的入網測試時，會進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域側重實驗室環(huán)境，運營商在對設備經過一定程度上的實驗室測試后，一般會進一步進行外場測試。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容，下面就針對固定WiMAX技術，對其部分外場測試內容進行介紹（典型外場測試框圖參考圖3）。

　　1.TCP層吞吐量和相應時間

　　下面給出單扇區(qū)范圍內，在64QAM調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時間的典型測試結果，業(yè)務類型均為BE。

　　表 1 單扇區(qū)下的吞吐量/相應時間測試結果

　　從測試數據可見，當僅有單個CPE工作的時候，整個系統還沒有達到最大上、下行吞吐量，系統的吞吐能力留有部分冗余量。當多個CPE同時工作的時候，系統可以達到最大的利用率。在測試的過程中，雖然我們可以發(fā)現上行總吞吐量大于下行總吞吐量，但是對于這個測試結果的分析往往需要綜合考慮當時外場測試時具體的線路狀況以及每個廠家產品本身對上下路鏈路資源的調度方案。

　　這里還需要進行說明的是雖然在理論上對于3.5MHz帶寬的信道，WiMAX系統物理層下行吞吐量在理論上可以實現大約10Mbit/s，但是利用Chairot進行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話音質量的一個重要指標，IP電話業(yè)務的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性能典型評估結果。

　　可見在具備QoS保障的時候，無論是上行的背景數還是下行的背景流，對于幾種不同壓縮編碼方案的VoIP的MOS值影響并不大，仍然能夠實現順暢、清楚的語音通話。設備空中接口支持不同QoS等級的業(yè)務，這樣便于運營商向不同的客戶提供不同服務質量的業(yè)務。

　　四、結束語

　　本文并未過深地探究WiMAX的具體測試細節(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，同時，在一定程度上探討了運營商關心的測試和WiMAX論壇、國家無線電管理部門等業(yè)界其他機構測試的相互關系，希望能夠拋磚引玉，在WiMAX測試領域與廣大讀者加深溝通，共同提高。

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