3G接入WLAN方案

【摘要】介紹了WLAN的基本概念及其測試，并且在此基礎上介紹了羅德與施瓦茨公司的全面測試解決方案。
1 引言
隨著中國三大運營商3G網絡的正式運行，以及手機WLAN（WAPI）的近期開閘入網，3G與WLAN這兩種技術將會相互互補，它們的融合也將越來越緊密。WLAN系統的高速率可以與3G移動通信技術的高移動性及大覆蓋范圍相結合：在熱點地區通過WLAN為用戶提供廉價而更高帶寬的“游牧”式無線數據服務，在其它地區和高速移動中通過3G技術提供真正“漫游”式的無線數據服務，這類融合會使WLAN在3G終端方面也會像WLAN在PC方面取得同樣的成功。同時，3G終端也增加了WLAN的研發、認證和生產測試需求。
2 WLAN測試基本概念
IEEE 802.11是IEEE無線局域網（WLAN）的標準，它包括802.11a，b，g，以及采用最新MIMO和OFDM技術的下一代無線局域網的標準802.11n等，這里我們主要介紹802.11a/b/g標準。
IEEE 802.11b在1997年發布，是IEEE 802.11在2.4~2.4835GHz頻段的一個補充，數據速率最高可達11Mbit/s，調制方式采用補碼鍵控(CCK：Complementary Code Keying)，運作模式分點對點模式和基本模式兩種。數據傳輸速率可在11，5.5，2，1Mbit/s上自動切換，向下兼容。
IEEE 802.11a在1999年發布，是IEEE 802.11在5.15~5.825GHz頻段的一個補充。由于IEEE 802.11b工作的2.4GHz頻段是公開的，不需要執照，這個頻段不但是工業、教育、醫療專用，甚至還有微波爐和無繩電話工作，因此電磁波干擾非常嚴重。因此，IEEE 802.11a標準規定5.15~5.825GHz頻段，802.11a數據速率可達54Mbit/s或72Mbit/s(Turbo)，采用正交頻分復用(OFDM)技術和BPSK，QPSK，16QAM及64QAM調制方式。
IEEE 802.11g在2003年發布，擴展了802.11b標準到更高的傳輸速率。它包括以前的802.11b標準，并實現了在2.4GHz的ISM頻段上802.11a標準的OFDM的傳輸技術。在物理層上，數據包的結構和調制格式與802.11g和802.11a都是相同的，只是傳輸頻率不同。它在2.4GHz的頻段上，數據速率可達54Mbit/s，并向下兼容。關鍵技術有DSSS，CCK，PBCC(包二進制卷積)和OFDM技術。
由于這3種802.11標準之間的差異，相應的測試參數及要求也不盡相同。具體的測試項目可以大致分為以下幾種：
WLAN IEEE 802.11a/b/g 測試方法

3 羅德與施瓦茨公司的WLAN 測試方案
WLAN 射頻模塊的測試，根據上述802.11a/b/g 相應的規范，可以分為發射機測試和接收機測試兩部分。需要注意的是，測試WLAN，特別是802.11n，需要帶寬很寬的測量儀表。客戶現有的儀器中，有些就是由于帶寬的限制而不能升級WLAN 測試功能。羅德與施瓦茨公司能提供從研發、認證到生產的各種測試儀表和解決方案。
（1）射頻和協議研發、認證測試方案
射頻測試方案如傳統的矢量信號源 SMx（如SMU200A）及矢量信號分析儀FSx 系列(如FSQ/FSV)或者綜合測試儀CMW500/280。這些儀器的帶寬都非常寬，因此只要加上相應的WLAN 測試選件，就能進行WLAN各個標準的測試。信號分析儀的測量選件測試功能主要包括發射頻譜模板、頻譜平坦度、各種調制參數（EVM，星座圖，比特流，IQ 參數）及CCDF 等。關于接收機的測試，除了使用信號源在WLAN 模塊的測試模式下進行以外，也可以模擬信令模式，進行接收機的PER（誤包率）的性能測試，關于PER 測試，羅德與施瓦茨公司網站上的應用文檔1GP56《802.11 Packet Error Rate Testing》有詳細介紹。
協議測試方案如 PTW70。PTW70 是IEEE802.11 多種模式的協議測試儀，支持802.11a 和802.11g 系統，即它提供從射頻前端、物理協議層和MAC 協議層一直到應用程序測試的多種功能。在802.11b 標準測試方面，重點放在互通性測量上，尤其是802.11b 和802.11g 互通性測試的監控模式和分析功能。PTW70 是包括從芯片組到整個系統架構在內的WLAN 系統組件不可或缺的故障診斷工具。依賴其自身所含的WLAN 軟件和硬件模塊，PTW70 可用于評測不同系統組件之間的交互性和測試不同技術之間的兼容性。PTW70 在分析儀模式下，可以模擬IEEE802.11 參考模型的WLAN 接入點或基站；在偵測或監測模式下可以記錄WLAN 小區內
的數據通訊及消息。
（2）生產測試方案，CMW500/280 寬帶綜合測試儀
CMW500/280 是一臺多標準的無線綜合測試儀。除了支持2G 和3G 等各個蜂窩移動通信標準外，還可以支持WLAN等非蜂窩通信標準。CMW500/280集成了矢量信號源和分析儀的寬帶無線通信測試儀，提供WLAN終端的全面測量，同時測試速度的極大提升將會大大降低生產測試成本。CMW500/280由于帶寬高達40MHz，因此不但支持802.11a/b/g，還能支持最新的802.11n。它具備全面的測試功能，包括WLAN的發射機模塊測試，如發射功率；OFDM，DSSS解調，EVM vs Symbol，EVM vs Carrier，EVM vs Chip，IQ星座圖等調制參數；以及頻譜模板等測量，還包括接收機模塊的測試，如CMW儀器上產生各種WLAN信號進行FER及RSSI的測試。
值得一提的是，得益于R&S創新的“Multi-Evaluation”并行測試方法（見圖1），CMW的測試速度比以往綜測儀可快上數倍。一般來說，我們要測試的發射機性能可以分為功率/功率時間曲線、調制質量、頻譜3大類指標。以往采用傳統方法測試這3大類指標時，都分別對這3類指標采用如下流程：采集數據→存儲→評估分析。因此，為了測得這3大指標要采集3次數據。我們知道，采集數據因為需要收集足夠多的樣本，是最占用測試時間的。如果能改進流程，只采集一次數據，存儲起來，3大指標的分析都使用同一組采集數據，就至少能節省兩次數據采集的時間。CMW的“Multi-Evaluation”就是采用這一創新方法，其流程是：采集數據→存儲→多重評估（Multi-Evaluation）。使用該流程，只需采集一次數據，就可以測試所有的發射指標。因而相對傳統的測試方法成倍地提高了測試速度。

圖1為CMW500“Multi-Evaluation”并行測試界面，本例顯示CMW同時測試802.11g的EVM vs Symbol，EVM vs Carrier和Spectrum指標。
另外，由于中國允許帶WAPI的3G手機入網，可以預見，3G＋WLAN手機的生產測試需求會大量增加。由于消費者希望手機集成越來越多的功能。因此，很多3G手機大都具備藍牙，GPS，調頻（FM）收音機，甚至可能包含手機電視CMMB。一臺手機集成了這么多的功能，測試自然會相應增加。如果使用傳統的儀器搭建這樣的測試，最多的情況下，需要用6臺不同的測試儀器：2G/3G手機綜測儀，WLAN綜測儀，藍牙綜測儀，GPS信號源，FM信號源，CMMB信號源。
首先設備投資需增加，并且測試系統復雜度會大大增加且帶來維護費用的增加；其次，由于要測試的通信標準增加，測試時間會大大加長。其結果是總體的生產測試成本會大大增加。因此，手機廠商將面對這樣一個難題：測試支持多無線技術的手機時，測試成本相應大大提高。但是，消費者卻不能接受多標準、多功能手機比以前貴太多。
如果使用CMW500/280，就可以很好地解決這一難題。由于CMW500/280是一臺多標準的無線綜合測試儀。它可以支持2G/3G標準和WLAN，藍牙，GPS，FM以及CMMB標準。這樣，測試多標準的手機就只需要一臺儀器，這降低了設備投資，并大大簡化了生產測試系統。因而解決了上面的設備投資和測試系統復雜帶來的問題。另外，CMW在各個通信標準都采用了創新的R&S的“Multi-Evaluation”并行測試方法，再加上適用于2G/3G手機射頻校準的“Smart Alignment”快速智能校準技術，可以大大減少測試時間，從而大大緩解由于通信標準增加帶來的測試時間加長的問題。所以，使用CMW可以在增加通信標準的同時，測試成本卻沒有明顯增加，這利于廠商生產出性價比更高的多無線標準手機。
4 結束語
3G終端的WLAN的開放以及這兩種技術完美的互補應用，將帶來越來越多支持WLAN的3G終端，并推動移動互聯網業務的發展。但是，由于消費者不希望3G+WLAN以及其它無線技術的手機比以往的手機貴太多，因此手機廠商需要優化測試流程，采用創新的測試技術，從而降低測試多標準手機的測試成本。羅德與施瓦茨公司的CMW500/280順應了這一需求，由于采用創新的設計和測試理念，CMW能幫助客戶生產出性價比更高的支持各種無線技術的手機。