Ericha Roučky 1291/4
627 00 Brno – Černovice
info@intelek.cz
+420 533 338 888
Moderní testování WiMAX
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
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.
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
10.10.2008
Související články
WiMAX pro ČRa dodává a technicky zabezpečuje INTELEK
1.10.2009
Tisková zpráva: Brno, 1. 10. 2009 – České Radiokomunikace spustily komerční provoz bezdrátové technologie WiMAX v dalších šesti lokalitách. Vysokorychlostní připojení k internetu je nyní nově dostupné také ve Zlíně, Ústí nad Labem, Karlových Varech a Uherském Hradišti. Současně došlo k rozšíření pokrytí v Brně a Liberci. Technologii WiMAX společnosti Alvarion, kterou si České Radiokomunikace vybraly, dodává distributor pro ČR – společnost INTELEK.
Jak a kde použít WiMAX?
12.12.2008
Situace v Česku v minulosti nahrála podstatnému rozšíření bezdrátových sítí. Díky tomu u nás vznikla tradice, kterou lze rozšiřovat. Jedním ze stále rozšířenějších řešení je vybudování sítě WiMAX. Ta nabízí nejen vysoké přenosové rychlosti, ale také neméně důležitou škálovatelnost a pokročilé metody řízení datového toku. Podstatné také je, že náklady na vybudování WiMAX sítě jsou stále příznivější. Co nám WiMAX tedy umožňuje a kde se hodí nejvíce?
Alvarion dodává WiMAX na středozápadě USA
24.11.2008
Wisper Wireless, kompletně vlastněná společností DiversiCOM, nasazuje v Minnesotě síť WiMAX díky řešení BreezeMAX 2500 a BreezeMAX 3650 spol. Alvarion.
Sprint spouští Xohm
5.11.2008
Sprint souběžně s WiMAX World 2008 načasoval komerční spuštění své tolik diskutované (první americké komerční) sítě Xohm (čti jako „zoum“) v pásmu 2,5 Ghz s kapacitou 2-4 Mbit/s (oficiální zahájení se uskutečnilo 8. října).
INTELEK sbírá jedno ocenění za druhým - IT produkt roku 2008
30.10.2008
Časopis Computerworld vyhlásil - letos naposled - finalisty 3. kola soutěže IT produkt roku. INTELEK do této soutěže opět přihlásil některé ze svých zajímavých produktů a rozhodně neudělal chybu.
WiMAX již ve školách
30.10.2008
Nejmodernější bezdrátová technologie WiMAX je již součástí výuky na Českém Vysokém Učení Technickém v Praze.
BreezeACCESS – Pro kvalitní bezdrátové spojení
20.10.2008
Pro realizaci venkovních bezdrátových spojení je často využíváno technologií pracujících v nelicencovaných pásmech. Nejčastěji se jedná o sítě na bázi standardu 802.11, známé také jako Wi-Fi. Takové spoje ale nebývají příliš spolehlivé, neboť jsou stále svázány původní filozofií Wi-Fi, a to využití jako náhrada drátových na omezeném prostoru, nejčastěji uvnitř budov.
Vyspělý management WiMAX zařízení a význam OTA
16.10.2008
WiMAX podle IEEE 802.16e, moderní technologie umožňující jak alternativní pevný přístup k Internetu tak mobilní komunikaci, musí v současné bohaté konkurenci pevných širokopásmových přípojek a mobilních technologií 3G maximálně dbát na minimalizaci nákladů nejen v oblasti infrastruktury, ale samotného poskytování zákaznických služeb.
Vývoj bezdrátového trhu: WiMAX, LTE a další technologie
2.10.2008
Trh s WiMAX nezahrnuje pouze samostatná nasazení technologie v metropolitních, případně národních sítích, ale také kombinace s jinými technologiemi, pevnými (optická přístupová síť, ethernetová síť, kabelová síť) a bezdrátovými (např. TD-CDMA).
Opravdu bezpečný bezdrát od Proximu
3.9.2008
V poslední době je stále vyšší poptávka po opravdu bezpečném bezdrátovém řešení. Americký výrobce Proxim přišel na trh s novinkou do pásma 2,4 GHz a 5 GHz, která vychází z oblíbené řady Tsunami MP11 a QuickBridge, a povýšil zabezpečení na nejvyšší úroveň. Splňuje US vládní normu FIPS 140-2.
WiMAX: 7MHz kanál je tu!
5.6.2008
Nová IDU 4-ODU kanálová jednotka Alvarion BreezeMAX FDD přináší nejen možnost připojit až 4 ODU, ale dvojnásobnou propustnost díky 7 MHz kanálu.
Bezdrátová budoucnost – srovnání technologií Wi-Fi a WiMAX
29.5.2008
Na našem webu jste si již mohli přečíst několik článků věnovaných technologii WiMAX. Přinesli jsme vám v nich velkou řadu informací, které se týkají hlavně praktických zkušeností s nasazením. Dnes půjdeme více do hloubky a detailněji se seznámíme s technickými podrobnostmi této technologie. Lidé mají velmi často, ač to není příliš vhodné, tendence srovnávat WiMAX s Wi-Fi. My se tomuto srovnání bránit nebudeme a ukážeme si, proč tyto technologie navzájem nesoupeří, ale spíše se doplňují.
Realita WiMAXu v ČR - 2. díl
22.4.2008
V současnosti čteme a slýcháme mnoho informací o bezdrátové technologii WiMAX. Hrnou se na nás ze všech stran v podobě tiskových zpráv, článků, případových studií, norem a standardů. Jak si ale tato technologie, která se na českém trhu prosazuje již od jara roku 2005, vede nyní?
Produkty od Signamaxu a Alvarionu získaly ocenění IT produkt roku 2007
3.12.2007
V soutěži časopisu Computerworld o IT produkt roku se ve finále umístili dva produkty distribuované společností INTELEK. Síťový disk Signamax a WiMAX klient od Alvarionu získali ocenění IT produkt roku 2007.
Realita WiMAXu v ČR - 1. díl
28.10.2007
V současnosti čteme a slýcháme mnoho informací o bezdrátové technologii WiMAX. Hrnou se na nás ze všech stran v podobě tiskových zpráv, článků, případových studií, norem a standardů. Jak si ale tato technologie, která se na českém trhu prosazuje již od jara roku 2005, vede nyní?
Alvarion jde dále do světa
19.9.2007
Alvarion, izraelský výrobce zařízení pro bezdrátové širokopásmové sítě včetně WiMAX, opět rozšířil své světové pole působení.
Testy zařízení pro WiMAX pražskou ČVUT potvrdily dosah 53 km
29.6.2007
Tisková zpráva: Praha 29. 6. 2007 – V průběhu letošního roku testovalo pražské České vysoké učení technické wimaxové zařízení BreezeMAX 3500 od izraelské společnosti Alvarion. Testy potvrdily hodnoty deklarované výrobcem, mimo jiné dosah kolem 53 km na přímou viditelnost.