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          Wifi射頻接收性能的測(cè)試方法

          作者: 時(shí)間:2017-01-04 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          WiFi(WirelessFidelity)手機(jī)是一種新興的基于WiFi技術(shù)的VOIP電話(huà)。使用這種手機(jī)可以將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包的形式,通過(guò)熱點(diǎn)(AccessPoint)接入基于IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行傳輸,從而接打電話(huà)。與傳統(tǒng)固話(huà)相比,WiFi手機(jī)的資費(fèi)非常廉價(jià),但使用的前提是,WiFi手機(jī)只有在熱點(diǎn)覆蓋范圍以?xún)?nèi)才能進(jìn)行通話(huà)。但熱點(diǎn)的覆蓋范圍往往非常有限。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201701/335988.htm

          有兩種方法可以增大熱點(diǎn)的覆蓋范圍:一是提高熱點(diǎn)發(fā)射功率和提高手機(jī)接收靈敏度,但熱點(diǎn)的發(fā)射功率不可能無(wú)限制地被提高,所以同時(shí)還必須提高手機(jī)的接收靈敏度來(lái)增大熱點(diǎn)覆蓋范圍。根據(jù)自由空間傳輸損耗公式[1]:L(dB)=32.4+20×lgd(km)+20×lgf(MHz)  

          由此可以得出結(jié)論:在自由空間的理想情況下,手機(jī)接收靈敏度每增加6dB,便可使熱點(diǎn)的覆蓋范圍增大1倍。所以,提高WiFi手機(jī)的接收指標(biāo)有非常實(shí)際的意義。要提高WiFi手機(jī)的接收性能,首先就必須準(zhǔn)確地測(cè)試出其接收指標(biāo),然后才能對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),最終提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

          在802.11系統(tǒng)中[2],信息是以幀為單位進(jìn)行傳輸?shù)?,因此可用誤幀率對(duì)接收性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,而在PHS系統(tǒng)中,是以誤碼率來(lái)定義接收性能指標(biāo)的[3]。無(wú)論在對(duì)接收指標(biāo)的定義上還是在接收性能的測(cè)試方法上,WiFi系統(tǒng)和PHS系統(tǒng)均存在較大差異。所以,文中將著重對(duì)WiFi射頻接收性能的測(cè)試方法進(jìn)行分析,并給出一種通用的解決方案。

          1、射頻接收指標(biāo)及測(cè)試過(guò)程

          1.1、射頻接收指標(biāo)的定義

          根據(jù)IEEE802.11b規(guī)范,有3項(xiàng)較為關(guān)鍵的射頻接收指標(biāo)定義如下[4]:
          1)接收機(jī)最小輸入電平靈敏度 對(duì)于在天線(xiàn)連接器上測(cè)得的-76dBm的輸入電平而言,若PSDU的長(zhǎng)度為1024個(gè)字節(jié),其誤幀率(FER)應(yīng)小于8%;
          2)接收機(jī)最大輸入電平 對(duì)于在接收端天線(xiàn)上測(cè)得的-10dBm的最大輸入電平而言,若PSDU長(zhǎng)度為1024個(gè)字節(jié),則其誤幀率(FER)最大應(yīng)為8%;
          3)接收機(jī)鄰道抑制 接收機(jī)鄰道抑制在每一信道組中的間隔,不小于25MHz的任意2個(gè)信道間鄰道干擾信號(hào)功率與有用信號(hào)功率的比值。對(duì)于采用11Mbit/sCCK調(diào)制的FER值為8%以及長(zhǎng)度為1024字節(jié)的PSDU而言,鄰道抑制必須不小于35dB。

          1.2、誤幀率

          在上面3項(xiàng)指標(biāo)的定義中,均提及了1個(gè)非常重要的參數(shù):誤幀率,即傳輸過(guò)程中丟失和出錯(cuò)的幀數(shù)和發(fā)送總幀數(shù)的比值。只有獲得正確的誤幀率,才能精確地測(cè)試出上述3項(xiàng)接收性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室搭建的接收性能測(cè)試平臺(tái),見(jiàn)圖1.

          在圖1的測(cè)試平臺(tái)上,由PC為信號(hào)源提供一定幀格式的I/Q信號(hào)波形文件,并由信號(hào)源發(fā)出一定數(shù)量的幀。同時(shí),DUT在PC的控制下,對(duì)這些幀進(jìn)行接收解調(diào),求得相應(yīng)的誤幀率。然后根據(jù)誤幀率來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)源的發(fā)射功率,直到誤幀率正好滿(mǎn)足指標(biāo)要求,此時(shí)便能獲得DUT相應(yīng)的接收性能指標(biāo)。但在這個(gè)平臺(tái)上,要獲得正確的誤幀率,也存在2個(gè)難點(diǎn):

          1)信號(hào)源發(fā)出的幀格式必須滿(mǎn)足DUT的要求。不同芯片供應(yīng)商提供的芯片對(duì)幀格式的要求是不同的,若滿(mǎn)足不了芯片對(duì)幀格式的需要,DUT便不能正確統(tǒng)計(jì)收到的正確幀數(shù),從而導(dǎo)致誤幀率的計(jì)算錯(cuò)誤;

          2)信號(hào)源要能確保發(fā)出一定數(shù)目的幀,若信號(hào)源發(fā)出的總幀數(shù)都不能確定,誤幀率便無(wú)法計(jì)算。

          2、幀結(jié)構(gòu)分析

          不同的芯片供應(yīng)商在測(cè)試芯片接收性能時(shí),往往采用不同的幀格式。只有幀格式滿(mǎn)足要求,才能統(tǒng)計(jì)出正確的收幀數(shù),獲得準(zhǔn)確的誤幀率。常見(jiàn)的WiFi芯片供應(yīng)商Agere、Philips在接收測(cè)試時(shí),對(duì)幀格式的要求也各不相同。文中主要針對(duì)Agere和Philips的幀格式要求進(jìn)行詳細(xì)分析[5-6]。

          2.1、幀的形成過(guò)程

          在802.11DSSS系統(tǒng)中,幀的形成包括以下4個(gè)過(guò)程。

          2.1.1 MSDU的形成 

          MSDU是MACServiceDataUnit的縮寫(xiě),被稱(chēng)為MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元,是最原始的待發(fā)送數(shù)據(jù)信息。

          2.1.2 MPDU的形成 

          MPDU(MACProtocolDataUnit)被稱(chēng)為MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。它是將MSDU按一定幀結(jié)構(gòu)封裝后獲得的待發(fā)數(shù)據(jù)信息,見(jiàn)圖2。封裝過(guò)程包括在MSDU前加上MAC幀頭和在后面加上幀檢驗(yàn)序列。

          2.1.3 PSDU的形成 

          PSDU(PLCPServiceDataUnit)被稱(chēng)為PLCP子層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元,實(shí)際就是從MAC層傳來(lái)的MPDU信息。

          2.1.4 PPDU的形成 

          PPDU(PLCPProtocolDataUnit),被稱(chēng)為PLCP子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。它是將PSDU按照特定的幀格式進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝后的數(shù)據(jù)包,具體說(shuō)來(lái)就是在PSDU前面再加上PLCP前導(dǎo)碼和PLCP報(bào)頭,見(jiàn)圖3.PPDU是最終將經(jīng)由物理介質(zhì)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)封裝。

          2.2、PPDU格式

          幀格式[7]的修改全部由PC的軟件(WinIQsim或SignalStudio)實(shí)現(xiàn),PC傳輸給信號(hào)源的I/Q波形文件已確定了幀格式。軟件中主要是使MPDU滿(mǎn)足芯片要求,而PPDU則自動(dòng)生成的,所以這里只介紹PPDU格式。

          整個(gè)PLCP前導(dǎo)碼和報(bào)頭采用1Mbit/sDBPSK調(diào)制進(jìn)行發(fā)射,發(fā)送的數(shù)據(jù)均采用反饋加擾器加擾。SYNC字段由128個(gè)加擾的“1”組成,被用來(lái)和接收方進(jìn)行必要的同步操作;SFD被用以指示依賴(lài)與PHY的參數(shù)在PLCP前導(dǎo)碼中的開(kāi)始;Signal字段指示發(fā)送(和接收)MPDU應(yīng)采用的調(diào)制速率;Service字段為預(yù)留字段;Length字段用以指示發(fā)送MPDU所需的微秒數(shù);CRC-16字段根據(jù)CCITTCRC-16規(guī)范計(jì)算出Signal、Service和Length字段的CRC校驗(yàn)碼并一同發(fā)送,完成幀檢驗(yàn)序列保護(hù)。

          2.3、MPDU

          MPDU通常包括3個(gè)部分,見(jiàn)圖3.
          ①M(fèi)AC幀頭,包括幀控制、持續(xù)時(shí)間、地址及序列控制信息;
          ②可變長(zhǎng)度的整體,包含基于幀類(lèi)型的特定信息;
          ③幀檢驗(yàn)序列(FCS),包含IEEE32bit的循環(huán)冗余碼(CRC)。

          2.4、幀控制字段的結(jié)構(gòu)

          幀控制字段雖然只有16個(gè)字節(jié),但卻包含了用于解釋幀其他部分的全部信息,見(jiàn)圖4.

          1)協(xié)議版本:當(dāng)前總是0,其余為保留值,不為0則丟棄;  
          2)類(lèi)型和子類(lèi)型:這2個(gè)字段共同標(biāo)識(shí)幀的類(lèi)型和功能。802.11中總包含3種幀:控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。每種幀類(lèi)型又分為幾種子類(lèi)型。幾種常用的幀類(lèi)型見(jiàn)表1.  
          3)去往DS和來(lái)自DS字段:輔助確定幀的最終傳輸?shù)刂罚弧 ?br />4)多分段標(biāo)記:代表數(shù)據(jù)超過(guò)2312字節(jié),將被分成多個(gè)數(shù)據(jù)包傳送;  
          5)重傳字段:識(shí)別當(dāng)前幀是否為1個(gè)數(shù)據(jù)幀的重傳拷貝;  
          6)功率管理字段:代表STA的節(jié)能狀態(tài);  
          7)多數(shù)據(jù)標(biāo)記字段:代表STA有更多的數(shù)據(jù)需要發(fā)送;  
          8)排序字段:代表當(dāng)前幀是數(shù)據(jù)幀,并按照有嚴(yán)格序列要求的幀類(lèi)型發(fā)送數(shù)據(jù);  
          9)持續(xù)時(shí)間/ID字段:記錄了數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間數(shù),該時(shí)間數(shù)將被用來(lái)使其他STA更新自己的矢量網(wǎng)絡(luò)分配。


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