Důležité kontakty
Objednávky
+420 533 338 888
Technická
podpora
Reklamace
+420 533 338 899

Moderní testování WiMAX

10.10.2008, Pavlína Králová
WiMAX patří již mezi vyspělé technologie, o čemž vypovídá nejen pokročilá normalizace, ale i pokrok v testování. Jako u každé nové technologie je třeba zkoušet hardware, aby vyhověl všem požadavkům.
© ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA, rita@ieee.org

Testuje se slučitelnost s povinnými prvky normy ve zkušebních laboratořích, požadavky certifikace v laboratořích schválených WiMAX Forem, zkouší se zařízení ve výrobě a jeho práce v terénu, a to jak při nasazování, tak při vyhledávání chyb a průběžné údržbě.
Běžně prováděné testy WiMAX zahrnují testování vysílače/přijímače, citlivosti, úrovně síly signálu, výstupního výkonu a dalších charakteristik DUT (Device Under Test). Doplňkové testy práce MIMO se týkají izolování portů, křížové korelace a podmínek na kanále. V rámci certifikačního procesu WiMAX Fora se testování slučitelnosti dělí na tři součásti: zkouška slučitelnosti rádiové složky, zkouška slučitelnosti protokolu (PCT, Protocol Conformance Test) a zkouška vzájemné spolupráce.

Testování signálů WiMAX
Komplexní a přesné testování pomáhá zajistit vzájemnou spolupráci WiMAX zařízení. Pro testování přijímačů a jejich složek se používají generátory testovacích signálů. Ty musí nabízet rozsah kmitočtů, typy modulace a modulační šířku pásma podle požadavků normy. Generátor rovněž musí být schopen emulovat shlukový charakter přenosů po WiMAX, kdy se mění amplituda na začátku vysílání (preambule) a při přenosu dat. Na počátku vysílání může být výkon o 3 dB vyšší než v průběhu vysílání dat. Proto musí generátor umět imitovat rozdílné vysílací výkony prostřednictvím programovatelného řízení výkonu. Rovněž musí být schopen přesně měřit hodnotu BER (Bit Error Ratio).
Generované signály WiMAX je třeba důkladně analyzovat. Pro testování základnové stanice nebo přenosných zařízení se používají analyzátory signálů schopné emulovat základnovou stanici 802.16e. Existují zařízení kombinující generátor a analyzátor signálu.

Nároky testování MIMO
Použití více antén na straně vysílače a/nebo přijímače MIMO (Multiple Input Multiple Output) zvyšuje kapacitu přenosu díky přenosu informací po více rádiových kanálech, které se ovšem „vejdou“ do šířky pásma kanálu jediného. MIMO představuje jednu z nejzásadnějších změn pro architektury rádiových systémů v poslední době. Využití těchto chytrých anténních systémů je široké a počítá se s ním v mnoha moderních rádiových systémech včetně mobilních telefonů, PDA, laptopů.
V konfiguraci antén MIMO lze použít několik způsobů přenosu dat: SDM (Spatial Division Multiplexing) přenáší různá data na každém kanálu pro přímé zvýšení propustnosti, zatímco prostorová diverzita přenáší stejná data na každém kanále, což díky redundanci v přenosu přispívá ke zvýšení robustnosti systému a zlepšení pokrytí. Jinou metodu představuje formování paprsku (beam forming; viz samostatný článek), při níž se řídí směrování a tvar vysílaného signálu v MIMO.
V rámci IEEE je MIMO součástí nejnovějších specifikací, jak mobilní WiMAX 802.16e, tak dokončované 100Mbit/s Wi-Fi 802.11n (spolu s SDM). Prostorový tok (spatial stream) je definován jako několik toků bitů přenášených ve více prostorových dimenzích vytvořených právě více anténami na obou stranách (typicky povinně do 2x2, volitelně zatím do 4x4, v budoucnu třeba 8x8). Častý je nesymetrický počet použitých antén (např. 3x2), více u vysílače, méně u přijímače. Ve skutečnosti nemusí být počet antén roven ani počtu toků: může být použito více antén než prostorových toků (např. 3x3:2 znamená konfiguraci se třemi vysílacími anténami a třemi přijímajícími anténami se dvěma toky), čímž se už nezvyšuje kapacita (ve zmíněném příkladu zůstává na dvojnásobku propustnosti při použití jediného toku), ale vylepšuje se pokrytí.
Mobilní WiMAX podobně jako 802.11n používá škálovatelnou OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), která zvyšuje šířku pásma rozdělením datového signálu do menších částí, modulovaných na různé ortogonálně rozmístěné podnosné pro zamezení rušení. Soubory těchto podnosných jsou pak přiděleny jednotlivým základnovým stanicím.
S výhodami zvýšení výkonnosti systému jde ovšem ruku v ruce zvýšená složitost: např. vysílače je třeba synchronizovat v čase a fázi a kanály musí být také od sebe důkladně odděleny. To s sebou rovněž nese vyšší nároky na testování.

Měření vysílače a přijímače
Testování vysílače zahrnuje podle normy IEEE 802.16 maximální výstupní výkon, spektrální plochost vysílače, RCE (Relative Constellation Error) a EVM (Error Vector Magnitude), řízení úrovně vysílacího výkonu, vysílací spektrální masku (pro práci v bezlicenčních pásmech), poměr mezi výkonem sousedních kanálů, harmonické úrovně. S širokopásmovým analyzátorem lze provést všechna zmíněná měření včetně testování kmitočtů, úrovně výkonu, rušení a kvality modulace. Právě kvalita modulace je klíčovým prvkem všech měření u vysílačů WiMAX, protože systémy WiMAX jsou velmi závislé na přesnosti digitální modulace a demodulace.
Aby se zabránilo vzájemnému rušení, musejí vysílací kanály zůstat v určených limitech a na specifikovaných úrovních výkonu. Proto se dvě základní měření vysílače WiMAX týkají právě kmitočtu a úrovně vysílacího výkonu. Zkoušky přesnosti kmitočtu u vysílače si kvůli shlukovému charakteru vysílání vyžadují analyzátor signálu s dostatečnou okamžitou šířkou pásma pro zachycení celého sledovaného signálu. Měření přesnosti kmitočtu musí předcházet demodulace signálu. Pro zařízení s podporou práce v síti s topologií mesh nevyžaduje norma stejně přísnou přesnost kmitočtu.
Pro shlukové vysílání se RSSI (Received Signal Strength Indicator) používá pouze u vysílání preambule rámce WiMAX. Vzhledem ke složitosti shlukového signálu ale nestačí jen základní měřák výkonnosti pro přesná měření výkonu. Kvůli šířce modulačního pásma signálů WiMAX také není možné analyzovat jejich modulaci s běžným spektrálním analyzátorem, ale je třeba programovatelný analyzátor signálů a aplikační software.
Vyspělá měření vysílačů pevného a mobilního WiMAX se uvádějí v souvislosti s časovou osou, opět kvůli shlukovému charakteru signálů WiMAX. Měření kvality vysílače zahrnují přijaté časové signály, EVM/RCE, spektrální plochost, EVM versus čas, poměr výkonu sousedních kanálů, spektrální plochost sousedních kanálů, spektrální hustotu, kumulativní doplňkové distribuční funkce.
Pro testování přijímačů WiMAX se používá podobná metodologie jako při testování vysílačů, ale namísto běžného vysílače se používá výkonný generátor signálu. Mezi typická měření přijímače WiMAX patří testování citlivosti, maximální vstupní úrovně, odmítnutí sousedního a alternativního kanálu, přesnost referenčního časování, BER, přesnost sledování časů vysílání od účastnické stanice do sítě.
Ani nejlepší možnosti pro měření by neznamenaly nic bez schopnosti interpretovat výsledky zkoušek. Kvůli složitosti signálů OFDMA specifikovaných v IEEE 802.16e a požadavku přesné digitální demodulace pro řadu měření vysílače signálu mobilního WiMAX může snadno dojít k desinterpretaci výsledků či přehlédnutí problému. Např. špatně definované shluky dat mohou způsobit chybnou demodulaci v průběhu testu. Proto si maximální přesnost měření v rámci testování WiMAX vyžaduje dobré praktiky při měření až puntičkářství.

Prostředky pro testování: otevřené i firemní
V poslední době se často objevují informace o nových prostředcích pro testování, které nevyvíjí nejen WiMAX Forum, ale celá plejáda předních výrobců. WiMAX Forum zprostředkovává otevřený emulátor systémů pro své členy, čímž se zaručí přesné testování a porovnatelné technické výsledky od různých výrobců zařízení pro WiMAX sítě. Simulátor napomáhá při zkouškách algoritmů a technických řešení pro aplikace, plánování sítě, hodnocení kapacit i vyhodnocování produktů.
Společnost Berkeley Varitronics Systems oznámila kit pro vývojáře zahrnující kalibrovaný mobilní přijímač WiMAX a softwarovou knihovnu pro dynamický spoj. Díky tomu mohou vývojáři ověřovat rušení a analyzovat paketový provoz ve spektru 2-5,9 GHz generovaný technologiemi jako Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth a dalšími. Tester nabízí porty pro Ethernet a miniUSB.

Zdroje
„Getting the best out of your mobile WiMAX design“ http://www.embeddeddesignindia.co.in/STATIC/PDF/200807/EDIOL_2008JUL30_ETEST_TA_01.pdf?SOURCES=DOWNLOAD