802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)描述了四種不同的空中接口。其中一種接口標(biāo)準(zhǔn)是針對NLOS,RF頻率小于11GHz和距離達(dá)到30km的無線通信而優(yōu)化的。雖然標(biāo)準(zhǔn)把這一物理層正式命名為 WirelessMAN-OFDM,但許多人都把它稱為WiMAX空中接口。該空中接口的基本特性是256載波OFDM,帶寬范圍為1.25- 20MHz,載波頻率最高達(dá)11GHz。

　　一、WiMAX空中接口

　　WiMAX 系統(tǒng)可配置成使用1.25MHz至20MHz的任何帶寬;無論帶寬多寬,符號始終包含200個(gè)載波。因此窄帶寬系統(tǒng)子載波的間距很近,從而提供相對長的符號周期（符號周期定義為1/子載波間距）。這些間距很近的子載波和長符號有助于克服諸如多徑之類的信道損傷。長符號周期是WiMAX系統(tǒng)與無線局域網(wǎng)系統(tǒng)（相對短的符號）的關(guān)鍵差別,使WiMAX對于長距離和NLOS應(yīng)用有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。

　　WiMAX空中接口中的基本OFDM符號基于256點(diǎn)FFT。類似其它OFDM系統(tǒng),256個(gè)子載波中有一部分作為保護(hù)頻段（不使用）,中心頻率也不使用,因?yàn)樗鼘F載波的直饋非常敏感。WiMAX中實(shí)際只使用200個(gè)子載波。這200個(gè)載波的分配是192個(gè)載波用于數(shù)據(jù),8個(gè)載波用于導(dǎo)頻（見圖 1）。導(dǎo)頻載波始終為BPSK調(diào)制,數(shù)據(jù)載波則為BPSK、QPSK、16 QAM或64 QAM。

                          

                                        圖1. OFDM子載波

　　WiMAX 系統(tǒng)可部署為TDD、FDD或半雙工FDD。圖2示出TDD配置中的一個(gè)典型幀,這里基站和用戶設(shè)備以相同RF頻率發(fā)送,用時(shí)間分隔。基站發(fā)送鏈路">下行鏈路子幀,接著是稱為發(fā)送/接收轉(zhuǎn)換間隙（TTG）的短間隙,然後是用戶發(fā)送上行鏈路子幀。各用戶間有精確的同步,因此它們的發(fā)射信號在到達(dá)基站時(shí)不會重疊。在所有上行鏈路幀後和基站能再次發(fā)射前,有另一個(gè)稱為接收/發(fā)送轉(zhuǎn)換間隙（RTG）的短間隙。

　　注意各個(gè)上行鏈路子幀前面是一個(gè)前置碼。它被稱為“短前置碼”,它允許基站與每個(gè)用戶同步。讓我們進(jìn)一步看下行鏈路,下行鏈路的子幀始終由前置碼開始,接著是報(bào)頭,然後是一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)。這些下行鏈路突發(fā)通常由多個(gè)符號構(gòu)成。每一突發(fā)內(nèi)的調(diào)制形式是固定的;但不同突發(fā)可能有不同的調(diào)制類型。要先傳輸如 BPSK和QPSK等高抗擾性調(diào)制類型的突發(fā),接著是抗擾性稍差的調(diào)制類型（16和64QAM）。包含所有4類調(diào)制的下行鏈路子幀的次序?yàn)椤肂PSK, QPSK, 16 QAM和64 QAM。
                           

                                        圖2. 下行鏈路和上行鏈路子幀

　　在上行鏈路和下行鏈路上的每一次傳輸始終從前置碼開始。該前置碼允許接收機(jī)與發(fā)射機(jī)同步,并用于信道評估。下行鏈路傳輸由長前置碼開始。長前置碼（圖3）由兩個(gè)QPSK調(diào)制符號構(gòu)成。第一個(gè)符號使用200載波中的50個(gè)載波（每第4個(gè)子載波）,第二個(gè)符號使用200個(gè)載波中的100個(gè)載波（所有偶數(shù)號的子載波）。這些前置碼符號的發(fā)送功率比下行鏈路子幀中的所有其它符號高3dB,使接收機(jī)更易于接收,以進(jìn)行正確的解調(diào)和解碼。在各上行鏈路突發(fā)的開始處使用 “短前置碼”。該短前置碼是使用100個(gè)QPSK載波的一個(gè)符號（所有偶數(shù)號的子載波）。當(dāng)使用包含許多符號的極長下行鏈路突發(fā)時(shí),可能需要在下行鏈路突發(fā)間插入中同步碼（短前置碼）。該短前置碼幫助接收機(jī)再同步,并提供附加的信道評估。

　　跟著前置碼的是幀控制報(bào)頭（FCH）。FCH由BPSK調(diào)制中的一個(gè)符號實(shí)現(xiàn)。該符號包含88bit的系統(tǒng)開銷數(shù)據(jù),它描述如基站ID這類關(guān)鍵系統(tǒng)信息,以及接收機(jī)解碼子幀所需要的下行鏈路突發(fā)信息。FCH所包含的信息雖然對于全面描述網(wǎng)絡(luò)或下行鏈路是不夠的,但足夠使接收機(jī)能夠開始解碼下行鏈路突發(fā)。

　　下行鏈路突發(fā)包含用戶數(shù)據(jù)和控制消息。每一個(gè)下行鏈路突發(fā)都包含一個(gè)或多個(gè)符號。突發(fā)中的各符號包括12至108字節(jié)的有效載荷數(shù)據(jù),字節(jié)數(shù)取決于調(diào)制類型和編碼增益。表1示出7種不同調(diào)制類型和編碼增益的組合。對于每種組合,各符號需要有規(guī)定數(shù)量的有效載荷數(shù)據(jù)。

                                   

                                                           圖3. 長前置碼

　　編碼過程是從有效載荷數(shù)據(jù)變成發(fā)送至IQ映射器的實(shí)際比特,如表1所示。在有必要時(shí)可填充比特,使有效載荷數(shù)據(jù)具有映射至整數(shù)符號的正確塊大小。隨機(jī)化器把該數(shù)據(jù)與?隨機(jī)比特序列作異或運(yùn)算,以得到某些1至0和某些0至1的反轉(zhuǎn)。這樣,隨機(jī)化器就消除了有效載荷數(shù)據(jù)中1或0的長串。再增加一個(gè)用于Reed- Solomon和卷積編碼的尾字節(jié)。這些編碼步驟提供了前向糾錯,在數(shù)字通信系統(tǒng)中是非常普遍的編碼方法。這一編碼增加了冗馀數(shù)據(jù),以幫助確定和修復(fù)缺失或被破壞的數(shù)據(jù)。

　　編碼中的最後步驟包括在兩個(gè)步驟中執(zhí)行的交織。交織的第一步是重新排列比特次序,確保相鄰比特不被映射至相鄰載波。在部分信道帶寬因某種類型的寄生或帶內(nèi)噪聲而惡化時(shí),這種方法能通過減少相鄰比特丟失機(jī)會而避免錯誤。交織的第二步是再次對這些比特排序,使原來相鄰的比特交替映射至IQ星座上或多或少的可靠點(diǎn)。在64 QAM這類復(fù)雜的調(diào)制中,每一個(gè)IQ點(diǎn)代表多個(gè)數(shù)據(jù)比特,其中一些比特比另一些比特更容易檢測（因此也更可靠）。在交織後,編碼比特被映射到IQ星座,從載波號-100開始,直至載波號+100。

表1. 調(diào)制和編碼組合

　　為簡化發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)計(jì),FCH中的所有符號和DL數(shù)據(jù)突發(fā)以相同功率傳送。由于這些符號使用四種不同的調(diào)制類型（BPSK, QPSK等）,因此需針對每種調(diào)制類型進(jìn)行調(diào)整,使各符號的平均功率大致相同。圖5示出實(shí)際測量一個(gè)包含BPSK、QPSK、16QAM和64QAM符號的幀所得到的IQ星座圖。圖中示出各調(diào)制類型有不同的標(biāo)度,因?yàn)楦鱅Q點(diǎn)未排齊,因此有可能看到所有86個(gè)離散的IQ點(diǎn)（64QAM＋16QAM＋ 4QPSK＋2BPSK）。這樣的測量能通過幅度標(biāo)度或IQ星座圖幫助設(shè)計(jì)師迅速確定有問題的區(qū)域。前面曾講過前置碼突發(fā)比這些FCH和下行鏈路突發(fā)符號高3dB。該前置碼被解碼和用于信道評估,但在IQ星座圖中未示出這些符號。

圖5. Agilent 89600對WiMAX下行鏈路幀的IQ測量

　　二、RF特性

　　系統(tǒng)的總體性能依靠仔細(xì)地定義和控制RF特性。在802.16-2004和“WiMAX認(rèn)證”文件中定義了這些RF指標(biāo)。Agilent提供各種用于驗(yàn)證該 RF規(guī)范不同部分的測試解決方案。這篇應(yīng)用指南的下面部分講述每一項(xiàng)RF發(fā)射機(jī)和和接收機(jī)測量,并詳細(xì)介紹Agilent為每一項(xiàng)測量推薦的測試步驟和測試解決方案。應(yīng)把這些推薦看作是指導(dǎo)方針,或是針對每一項(xiàng)需要的出發(fā)點(diǎn)。

　　三、控制DUT

　　雖然802.16-2004中定義了RF參數(shù)的測試條件,但該標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定如何控制DUT。大多數(shù)設(shè)備制造商已實(shí)現(xiàn)了專門的DUT控制軟件和DUT測試模式,它可控制發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作,并獨(dú)立于正常系統(tǒng)工作期間所使用的MAC和協(xié)議控制。這些專門的測試模式為可重復(fù)測量做了優(yōu)化,它能快速執(zhí)行,而沒有通過常規(guī)MAC/協(xié)議操作建立鏈接和控制空中接口的不必要開銷。

　　四、發(fā)射機(jī)測試

　　IEEE 802.16-2004中的8.3.10和8.5.2項(xiàng)規(guī)定了發(fā)射機(jī)要求。這些測試包括∶

·8.3.10.1 - 發(fā)射功率級控制;
·8.3.10.1.1 - 發(fā)射機(jī)頻譜平坦度;
·8.3.10.1.2 - 發(fā)射機(jī)星座誤差;
·8.5.2 - 發(fā)射頻譜模板（對于未許可頻段的工作）。

　　其它一些關(guān)鍵的發(fā)射機(jī)測量,如ACPR,最大輸出功率,雜散和諧波在802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定,而把它留給設(shè)備將部署地區(qū)的“地區(qū)規(guī)章”。

                                       圖6. 發(fā)射機(jī)測量的典型連接圖

　　1、發(fā)射機(jī)功率級控制

　　基站和用戶設(shè)備必須能在一定范圍內(nèi)調(diào)整其輸出功率。基站至少要有10dB的調(diào)整范圍,所有用戶設(shè)備至少要有30dB,支持子信道化設(shè)備至少要有50dB的調(diào)整范圍。在此范圍內(nèi)的步長最小值須為1dB,所有小于30dB步長的相對精度為±1.5dB,更大步長的相對精度為±3dB。

表2. 發(fā)送功率級控制的指標(biāo)

　?。?）推薦的RF測試設(shè)備

　　Agilent E4440A PSA系列頻譜分析儀和配置選件B7S WiMAX分析軟件的89600系列矢量信號分析儀（VSA軟件）。

　?。?）Agilent測試設(shè)置

　　對于這項(xiàng)測量,要把DUT設(shè)置到各種輸出功率。用RF測試設(shè)備精確測量各DUT功率設(shè)置的相對功率。
·把DUT設(shè)置為發(fā)送有效功率,其幀結(jié)構(gòu)有正確的前置碼和數(shù)據(jù)突發(fā);
·使用推薦的測試設(shè)備,測量和記錄DUT數(shù)據(jù)突發(fā)的輸出功率;
·重復(fù)第2步,仔細(xì)觀察功率放大器開關(guān)的通斷點(diǎn)（PA接通或斷開處的功率級）。把測量數(shù)據(jù)與該設(shè)備預(yù)期輸出功率相比較。

　?。?）使用帶WiMAX分析軟件Agilent 89600 VSA的考慮

　　如圖7所示,VSA軟件提供幀中各突發(fā)的功率測量結(jié)果。顯示中示出對前置碼、FCH和各數(shù)據(jù)突發(fā)的功率測量結(jié)果。為提高精度,應(yīng)使用包含許多符號的突發(fā)。它提供大量樣本的平均。

                                        圖7. 下行鏈路子幀功率測量

　　（4）測試考慮

　　所發(fā)送的信號很有可能是跟著前置碼的數(shù)據(jù)突發(fā)。發(fā)送的前置碼符號功率要比數(shù)據(jù)突發(fā)高3dB。由于幀中有幅度變化,為保證進(jìn)行正確的測量,有一些需要注意的事項(xiàng)。在進(jìn)行參考測量時(shí),分別記錄前置碼的功率和數(shù)據(jù)突發(fā)的功率。然後當(dāng)改變信號輸出電平時(shí),分別將新的前置碼功率和數(shù)據(jù)突發(fā)功率與原參考測量比較。 802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)未明確定義用發(fā)送信號的哪一部分進(jìn)行此項(xiàng)測量,但由于這是相對測量,因此只要參考測量正確,該測試就有效。