關(guān)于WiMAX測(cè)試的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì)
2011/11/07
自從兩年前IEEE802.16-2004規(guī)范公布以來(lái)，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(guó)WiBro納入WiMAX的技術(shù)范疇以及SprintNextel決定在全美國(guó)范圍內(nèi)用移動(dòng)WiMAX部署其下一代（4G）無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)等消息頻頻發(fā)布，移動(dòng)WiMAX也猶如雨后春筍，似乎其大規(guī)模商用的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。就是在這樣一個(gè)沸沸揚(yáng)揚(yáng)的大背景下，筆者結(jié)合自己在工作中的切身體會(huì)，發(fā)表一些見解。
一、WiMAX認(rèn)證測(cè)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(cè)試實(shí)驗(yàn)室有兩家：西班牙的Cetecom和韓國(guó)的TelecommunicationsTechnologyAssociation(TTA)。最近，WiMAX論壇計(jì)劃宣布開放更多的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室，以此來(lái)滿足設(shè)備廠商和運(yùn)營(yíng)商的測(cè)試要求，中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院(CATR)已經(jīng)被計(jì)劃列為固定WiMAX設(shè)備測(cè)試認(rèn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)行。整個(gè)認(rèn)證流程對(duì)物理層和媒體接入層（MAC）進(jìn)行兩種類型的測(cè)試，即性能測(cè)試和互通性測(cè)試。前者是為了確保設(shè)備可以正確實(shí)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(yàn)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(cè)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(duì)WiMAX認(rèn)證測(cè)試流程給出簡(jiǎn)要的介紹，如圖1所示，WiMAX認(rèn)證的基本過(guò)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(cè)試。
- 經(jīng)過(guò)預(yù)認(rèn)證測(cè)試的設(shè)備送至WiMAX授權(quán)的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)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(cè)試計(jì)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(guò)實(shí)驗(yàn)室的一致性認(rèn)證之后，按照WiMAX認(rèn)可的互操作測(cè)試計(jì)劃，該設(shè)備將繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行與其他廠家的設(shè)備（至少3家）互通操作測(cè)試，通過(guò)互操作測(cè)試的設(shè)備就可以得到“WiMAX®CERTIFIED”標(biāo)識(shí)。
- 如果上述任何環(huán)節(jié)通不過(guò)，待測(cè)設(shè)備都將返回第一步進(jìn)行重新測(cè)試
。
在WiMAX測(cè)試認(rèn)證工作的執(zhí)行過(guò)程中，一些新的測(cè)試項(xiàng)目被不斷引入，測(cè)試內(nèi)容分為不同的版本。測(cè)試版本1（Release1）針對(duì)一些基本的功能項(xiàng)目，比如空中接口、網(wǎng)絡(luò)接口、動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)和帶寬配置等。而測(cè)試版本2（Release2）增加了一些可選模塊，如服務(wù)質(zhì)量（QoS）、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）以及自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(ARQ)等。所有通過(guò)認(rèn)證測(cè)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(shí)現(xiàn)互通，不但要滿足與當(dāng)前測(cè)試版本的設(shè)備互通，而且后向兼容以前的測(cè)試版本的設(shè)備。
二、運(yùn)營(yíng)商對(duì)WiMAX測(cè)試的考慮
圍繞WiMAX技術(shù)的測(cè)試從理論上講應(yīng)該分為兩個(gè)層面，設(shè)備級(jí)測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試。其中設(shè)備級(jí)測(cè)試層面是面向設(shè)備制造商的，是WiMAX認(rèn)證測(cè)試流程主要針對(duì)的對(duì)象；而系統(tǒng)測(cè)試層面主要是運(yùn)營(yíng)商關(guān)心的范疇。
從運(yùn)營(yíng)商的角度，通常會(huì)關(guān)注射頻參數(shù)測(cè)試、功能測(cè)試、系統(tǒng)性能測(cè)試、業(yè)務(wù)測(cè)試、互通性測(cè)試、設(shè)備相關(guān)接口測(cè)試及與供電、電磁兼容等相關(guān)測(cè)試的主要測(cè)試領(lǐng)域，這些測(cè)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(guó)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(yùn)營(yíng)商的要求。通常，此部分內(nèi)容在不同的運(yùn)營(yíng)商之間會(huì)存在不同的側(cè)重和差異性。下面，就這對(duì)上述提到的主要測(cè)試領(lǐng)域進(jìn)行一定的說(shuō)明。
- 射頻參數(shù)測(cè)試：主要是對(duì)WiMAX技術(shù)的物理層的關(guān)鍵指標(biāo)和性能進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)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(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試。具體而言，射頻參數(shù)測(cè)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(shí)；發(fā)射機(jī)的循環(huán)前綴與符號(hào)定時(shí)、調(diào)制與編碼、頻譜平坦度、功率控制、相對(duì)星座圖誤差、頻譜模板等內(nèi)容。對(duì)于TDD的系統(tǒng)，還應(yīng)該額外考慮對(duì)終端側(cè)的收發(fā)間隔（即RTG和TTG）進(jìn)行測(cè)試。需要注意的是，射頻參數(shù)測(cè)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(duì)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(wú)線電管理部門的規(guī)定，即一般所說(shuō)的設(shè)備要通過(guò)頻率核準(zhǔn)的測(cè)試。
- 功能測(cè)試：要對(duì)WiMAX技術(shù)的MAC層的主要過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證，是保證不同廠家的設(shè)備、系統(tǒng)之間實(shí)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(cè)距、基本能力協(xié)商、安全與密鑰管理、動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)、重置與注冊(cè)、時(shí)鐘比較等關(guān)鍵功能的測(cè)試。功能測(cè)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(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，在進(jìn)行多廠家之間的互通性測(cè)試（IOT）時(shí)，需要在該項(xiàng)測(cè)試中進(jìn)行深究；否則，該測(cè)試內(nèi)容參考WiMAX論壇的結(jié)論即可。
- 系統(tǒng)性能測(cè)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(jí)保證、時(shí)延及抖動(dòng)、丟包率等方面的測(cè)試。測(cè)試的主要依據(jù)來(lái)源于IETF的RFC2544（對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試的方法論）和RFC1242（測(cè)試術(shù)語(yǔ)表），在移動(dòng)WiMAX的系統(tǒng)性能測(cè)試中，還應(yīng)該包括與移動(dòng)性相關(guān)的測(cè)試，如移動(dòng)IP相關(guān)的測(cè)試、移動(dòng)性管理、切換的具體業(yè)務(wù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)等方面。
- 業(yè)務(wù)測(cè)試：主要包括目前寬帶IP應(yīng)用的典型業(yè)務(wù)，按照運(yùn)營(yíng)商的關(guān)心程度由高到低，依次是VoIP、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、FTP下載、視頻會(huì)議、交互游戲等，同時(shí)，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(cè)試。該部分測(cè)試的依據(jù)一般取決于運(yùn)營(yíng)商的具體業(yè)務(wù)需求，實(shí)質(zhì)上是以最終用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)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(cè)試：該部分內(nèi)容在功能測(cè)試中已有一定的闡述，互通性測(cè)試一般也稱之為IOT測(cè)試、協(xié)議一致性測(cè)試。根據(jù)其測(cè)試的側(cè)重和程度的不同，一般可以分成功能性互通測(cè)試和業(yè)務(wù)互通測(cè)試。當(dāng)然，從運(yùn)營(yíng)商的角度，業(yè)務(wù)互通測(cè)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(cè)試和業(yè)務(wù)測(cè)試的相應(yīng)內(nèi)容即可。但是，由于器件工藝、協(xié)議實(shí)現(xiàn)的差異，實(shí)際的互通性測(cè)試實(shí)施是一個(gè)需要不斷調(diào)整設(shè)備的物理層和MAC層，甚至逐段對(duì)比協(xié)議的“艱苦”過(guò)程；另外，對(duì)于涉及移動(dòng)組網(wǎng)的移動(dòng)WiMAX就更加復(fù)雜，其互通除了上述內(nèi)容外，重點(diǎn)在于從R1～R6的移動(dòng)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(cè)試時(shí)，可以參照WiMAX論壇NWG的相關(guān)文檔和各運(yùn)營(yíng)商的特殊需求），由于涉及多個(gè)網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)起來(lái)將更加困難。
圖：移動(dòng)WIMAX的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
- 設(shè)備相關(guān)接口測(cè)試（如FE、10/100M、E1、Z接口等和包括供電、電磁兼容等其他類測(cè)試）：該兩部分內(nèi)容多屬于功能符合性測(cè)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(cè)試中了，因此不是運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，只是如果運(yùn)營(yíng)商自己進(jìn)行設(shè)備選型或終端側(cè)的入網(wǎng)測(cè)試時(shí)，會(huì)進(jìn)行有重點(diǎn)的選擇測(cè)試。
三、實(shí)際測(cè)試中的一些情況介紹
上文介紹的主要測(cè)試領(lǐng)域側(cè)重實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，運(yùn)營(yíng)商在對(duì)設(shè)備經(jīng)過(guò)一定程度上的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試后，一般會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試。在外場(chǎng)測(cè)試中，覆蓋、容量、多終端下的QoS保證、移動(dòng)性、長(zhǎng)時(shí)傳輸能力等方面將成為重點(diǎn)的測(cè)試內(nèi)容，下面就針對(duì)固定WiMAX技術(shù)，對(duì)其部分外場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行介紹（典型外場(chǎng)測(cè)試框圖參考圖3）。
1.TCP層吞吐量和相應(yīng)時(shí)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(gè)CPE工作和三個(gè)CPE同時(shí)工作時(shí)的吞吐量和響應(yīng)時(shí)間的典型測(cè)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(shí)間測(cè)試結(jié)果
從測(cè)試數(shù)據(jù)可見，當(dāng)僅有單個(gè)CPE工作的時(shí)候，整個(gè)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(gè)CPE同時(shí)工作的時(shí)候，系統(tǒng)可以達(dá)到最大的利用率。在測(cè)試的過(guò)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(duì)于這個(gè)測(cè)試結(jié)果的分析往往需要綜合考慮當(dāng)時(shí)外場(chǎng)測(cè)試時(shí)具體的線路狀況以及每個(gè)廠家產(chǎn)品本身對(duì)上下路鏈路資源的調(diào)度方案。
這里還需要進(jìn)行說(shuō)明的是雖然在理論上對(duì)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(shí)現(xiàn)大約10Mbit/s，但是利用Chairot進(jìn)行TCP層的流量測(cè)試，除去一些開銷外，實(shí)測(cè)吞吐量值會(huì)小于在物理層的實(shí)際吞吐量值。
2.VoIP的MOS值
MOS是用來(lái)評(píng)價(jià)VoIP話音質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，IP電話業(yè)務(wù)的MOS定義通常分為5級(jí)：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(duì)于64QAM3/4調(diào)制格式信號(hào)在背景流輕載（20%）和重載（90%）條件下的VoIP性能典型評(píng)估結(jié)果。
可見在具備QoS保障的時(shí)候，無(wú)論是上行的背景數(shù)還是下行的背景流，對(duì)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(yǔ)音通話。設(shè)備空中接口支持不同QoS等級(jí)的業(yè)務(wù)，這樣便于運(yùn)營(yíng)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(yǔ)
本文并未過(guò)深地探究WiMAX的具體測(cè)試細(xì)節(jié)，而是從運(yùn)營(yíng)商的角度，通過(guò)較全面的描述，給出WiMAX測(cè)試的主要思路、一定的測(cè)試方法和依據(jù)，同時(shí)，在一定程度上探討了運(yùn)營(yíng)商關(guān)心的測(cè)試和WiMAX論壇、國(guó)家無(wú)線電管理部門等業(yè)界其他機(jī)構(gòu)測(cè)試的相互關(guān)系，希望能夠拋磚引玉，在WiMAX測(cè)試領(lǐng)域與廣大讀者加深溝通，共同提高。
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