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标题: 关于WiMAX测试的几点认识和体会 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 13:52
标题: 关于WiMAX测试的几点认识和体会
中国网通集团研究院周光涛李建宇
自从两年前IEEE802.16-2004规范公布以来，固定WiMAX的产品已经逐渐走向成熟，已经开始在中小企业、DSL替代等领域的应用崭露头角。随着韩国WiBro纳入WiMAX的技术范畴以及SprintNextel决定在全美国范围内用移动WiMAX部署其下一代（4G）无线宽带网络等消息频频发布，移动WiMAX也犹如雨后春笋，似乎其大规模商用的时代已经到来。就是在这样一个沸沸扬扬的大背景下，笔者结合自己在工作中的切身体会，发表一些见解。
一、WiMAX认证测试的总体情况
目前为止，在全世界范围内，由WiMAX论坛认可的WiMAX设备认证测试实验室有两家：西班牙的Cetecom和韩国的TelecommunicationsTechnologyAssociation(TTA)。最近，WiMAX论坛计划宣布开放更多的认证实验室，以此来满足设备厂商和运营商的测试要求，中国信息产业部电信研究院(CATR)已经被计划列为固定WiMAX设备测试认证实验室。
WiMAX认证程序2004年10月被批准，到2005年中期开始正式实行。整个认证流程对物理层和媒体接入层（MAC）进行两种类型的测试，即性能测试和互通性测试。前者是为了确保设备可以正确实现由IEEE802.16以及ETSIHiperMAN标准给定的技术规范，而后者是检验不同厂家的产品在同一网络中的协同工作情况，互通性测试要求至少三家以上不同公司的设备参与，它们具有相同的系统配置文件（频谱波段、信道宽度以及双工方式）。
下面对WiMAX认证测试流程给出简要的介绍，如图1所示，WiMAX认证的基本过程如下。

*各设备厂商参照WiMAX的PICS文件自行（或委托）进行设备的预认证测试。
*经过预认证测试的设备送至WiMAX授权的认证实验室进行一致性认证，该认证不仅基于WiMAX的TSS&TP、ATS、RCT等配置下的测试计划和基于802.16f规范的业务规定，还将包括设备厂商提供的任何附加陈述文件。
*通过实验室的一致性认证之后，按照WiMAX认可的互操作测试计划，该设备将继续在实验室进行与其他厂家的设备（至少3家）互通操作测试，通过互操作测试的设备就可以得到“WiMAX?CERTIFIED”标识。
*如果上述任何环节通不过，待测设备都将返回第一步进行重新测试。
在WiMAX测试认证工作的执行过程中，一些新的测试项目被不断引入，测试内容分为不同的版本。测试版本1（Release1）针对一些基本的功能项目，比如空中接口、网络接口、动态业务和带宽配置等。而测试版本2（Release2）增加了一些可选模块，如服务质量（QoS）、高级加密标准（AES）以及自动重复请求(ARQ)等。所有通过认证测试的设备必须保证与具有相同配置内容的其他厂家的设备实现互通，不但要满足与当前测试版本的设备互通，而且后向兼容以前的测试版本的设备。
二、运营商对WiMAX测试的考虑
围绕WiMAX技术的测试从理论上讲应该分为两个层面，设备级测试和系统测试。其中设备级测试层面是面向设备制造商的，是WiMAX认证测试流程主要针对的对象；而系统测试层面主要是运营商关心的范畴。
从运营商的角度，通常会关注射频参数测试、功能测试、系统性能测试、业务测试、互通性测试、设备相关接口测试及与供电、电磁兼容等相关测试的主要测试领域，这些测试领域中，部分内容可以借鉴WiMAX论坛的认证和IETF相关文档，部分内容需要遵从国家频率、设备安全等管理部门的要求，剩下的内容则需要满足运营商的要求。通常，此部分内容在不同的运营商之间会存在不同的侧重和差异性。下面，就这对上述提到的主要测试领域进行一定的说明。
*射频参数测试：主要是对WiMAX技术的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、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。对于TDD的系统，还应该额外考虑对终端侧的收发间隔（即RTG和TTG）进行测试。需要注意的是，射频参数测试不仅应该参考WiMAX认证中RCT文档的要求（当然，具体设备配置参数的选择，需要根据WiMAX认证中PICS文档事先确定），但是，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，即一般所说的设备要通过频率核准的测试。
*功能测试：要对WiMAX技术的MAC层的主要过程进行验证，是保证不同厂家的设备、系统之间实现互通的主要环节，以固定WiMAX为例，通常包括信道描述符、测距、基本能力协商、安全与密钥管理、动态业务、重置与注册、时钟比较等关键功能的测试。功能测试主要参考WiMAX认证中TSS&TP文档的要求（当然，具体设备配置参数的选择，需要根据WiMAX认证中PICS文档事先确定），对于运营商而言，在进行多厂家之间的互通性测试（IOT）时，需要在该项测试中进行深究；否则，该测试内容参考WiMAX论坛的结论即可。
*系统性能测试：主要侧重与业务QoS保证相关的吞吐量、带宽保证、业务优先级保证、时延及抖动、丢包率等方面的测试。测试的主要依据来源于IETF的RFC2544（对以太网进行测试的方法论）和RFC1242（测试术语表），在移动WiMAX的系统性能测试中，还应该包括与移动性相关的测试，如移动IP相关的测试、移动性管理、切换的具体业务指标实现等方面。
*业务测试：主要包括目前宽带IP应用的典型业务，按照运营商的关心程度由高到低，依次是VoIP、网页浏览、FTP下载、视频会议、交互游戏等，同时，在条件允许的情况下，还可以进行单终端支持多种混合业务的测试。该部分测试的依据一般取决于运营商的具体业务需求，实质上是以最终用户的业务体验习惯为准的，当然，WiMAX论坛SPWG的需求文档也可以借鉴。
*互通性测试：该部分内容在功能测试中已有一定的阐述，互通性测试一般也称之为IOT测试、协议一致性测试。根据其测试的侧重和程度的不同，一般可以分成功能性互通测试和业务互通测试。当然，从运营商的角度，业务互通测试是最终目的，其操作流程并不复杂，只是选择不同厂家的基站和终端，重复功能测试和业务测试的相应内容即可。但是，由于器件工艺、协议实现的差异，实际的互通性测试实施是一个需要不断调整设备的物理层和MAC层，甚至逐段对比协议的“艰苦”过程；另外，对于涉及移动组网的移动WiMAX就更加复杂，其互通除了上述内容外，重点在于从R1～R6的移动网络接口之间的互通（如图2所示，在进行接口互通的测试时，可以参照WiMAX论坛NWG的相关文档和各运营商的特殊需求），由于涉及多个网元，实现起来将更加困难。

移动WIMAX的基本网络架构
*设备相关接口测试（如FE、10/100M、E1、Z接口等和包括供电、电磁兼容等其他类测试）：该两部分内容多属于功能符合性测试，其功能的有效性已经间接体现在射频参数、功能、系统性能乃至业务测试中了，因此不是运营商重点关注的内容，只是如果运营商自己进行设备选型或终端侧的入网测试时，会进行有重点的选择测试。
三、实际测试中的一些情况介绍
上文介绍的主要测试领域侧重实验室环境，运营商在对设备经过一定程度上的实验室测试后，一般会进一步进行外场测试。在外场测试中，覆盖、容量、多终端下的QoS保证、移动性、长时传输能力等方面将成为重点的测试内容，下面就针对固定WiMAX技术，对其部分外场测试内容进行介绍（典型外场测试框图参考图3）。

1.TCP层吞吐量和相应时间
下面给出单扇区范围内，在64QAM调制格式的工作方式下，单个CPE工作和三个CPE同时工作时的吞吐量和响应时间的典型测试结果，业务类型均为BE。

表 1 单扇区下的吞吐量/相应时间测试结果

从测试数据可见，当仅有单个CPE工作的时候，整个系统还没有达到最大上、下行吞吐量，系统的吞吐能力留有部分冗余量。当多个CPE同时工作的时候，系统可以达到最大的利用率。在测试的过程中，虽然我们可以发现上行总吞吐量大于下行总吞吐量，但是对于这个测试结果的分析往往需要综合考虑当时外场测试时具体的线路状况以及每个厂家产品本身对上下路链路资源的调度方案。
这里还需要进行说明的是虽然在理论上对于3.5MHz带宽的信道，WiMAX系统物理层下行吞吐量在理论上可以实现大约10Mbit/s，但是利用Chairot进行TCP层的流量测试，除去一些开销外，实测吞吐量值会小于在物理层的实际吞吐量值。
2.VoIP的MOS值
MOS是用来评价VoIP话音质量的一个重要指标，IP电话业务的MOS定义通常分为5级：4.0－5.0（优）、3.5－4.0（良）、3.0－3.5（中）、1.5－3.0（差）、0－1.5（劣）。
表2和表3是对于64QAM3/4调制格式信号在背景流轻载（20%）和重载（90%）条件下的VoIP性能典型评估结果。

可见在具备QoS保障的时候，无论是上行的背景数还是下行的背景流，对于几种不同压缩编码方案的VoIP的MOS值影响并不大，仍然能够实现顺畅、清楚的语音通话。设备空中接口支持不同QoS等级的业务，这样便于运营商向不同的客户提供不同服务质量的业务。
四、结束语
本文并未过深地探究WiMAX的具体测试细节，而是从运营商的角度，通过较全面的描述，给出WiMAX测试的主要思路、一定的测试方法和依据，同时，在一定程度上探讨了运营商关心的测试和WiMAX论坛、国家无线电管理部门等业界其他机构测试的相互关系，希望能够抛砖引玉，在WiMAX测试领域与广大读者加深沟通，共同提高。（火王编辑）

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