WiFi(WirelessFidelity)手機是一種新興的基于WiFi技術的VOIP電話。使用這種手機可以將模擬語音信號轉換為數據包的形式,通過熱點(AccessPoint)接入基于IP協議的互聯網上進行傳輸,從而接打電話。與傳統固話相比,WiFi手機的資費非常廉價,但使用的前提是,WiFi手機只有在熱點覆蓋范圍以內才能進行通話。但熱點的覆蓋范圍往往非常有限。
有兩種方法可以增大熱點的覆蓋范圍:一是提高熱點發射功率和提高手機接收靈敏度,但熱點的發射功率不可能無限制地被提高,所以同時還必須提高手機的接收靈敏度來增大熱點覆蓋范圍。根據自由空間傳輸損耗公式[1]:L(dB)=32.4+20×lgd(km)+20×lgf(MHz)
由此可以得出結論:在自由空間的理想情況下,手機接收靈敏度每增加6dB,便可使熱點的覆蓋范圍增大1倍。所以,提高WiFi手機的接收指標有非常實際的意義。要提高WiFi手機的接收性能,首先就必須準確地測試出其接收指標,然后才能對其進行改進,最終提高整個系統的性能。
在802.11系統中[2],信息是以幀為單位進行傳輸的,因此可用誤幀率對接收性能進行統計分析,而在PHS系統中,是以誤碼率來定義接收性能指標的[3]。無論在對接收指標的定義上還是在接收性能的測試方法上,WiFi系統和PHS系統均存在較大差異。所以,文中將著重對WiFi射頻接收性能的測試方法進行分析,并給出一種通用的解決方案。
1、射頻接收指標及測試過程
1.1、射頻接收指標的定義
根據IEEE802.11b規范,有3項較為關鍵的射頻接收指標定義如下[4]:
1)接收機最小輸入電平靈敏度 對于在天線連接器上測得的-76dBm的輸入電平而言,若PSDU的長度為1024個字節,其誤幀率(FER)應小于8%;
2)接收機最大輸入電平 對于在接收端天線上測得的-10dBm的最大輸入電平而言,若PSDU長度為1024個字節,則其誤幀率(FER)最大應為8%;
3)接收機鄰道抑制 接收機鄰道抑制在每一信道組中的間隔,不小于25MHz的任意2個信道間鄰道干擾信號功率與有用信號功率的比值。對于采用11Mbit/sCCK調制的FER值為8%以及長度為1024字節的PSDU而言,鄰道抑制必須不小于35dB。
1.2、誤幀率
在上面3項指標的定義中,均提及了1個非常重要的參數:誤幀率,即傳輸過程中丟失和出錯的幀數和發送總幀數的比值。只有獲得正確的誤幀率,才能精確地測試出上述3項接收性能指標。實驗室搭建的接收性能測試平臺,見圖1.
在圖1的測試平臺上,由PC為信號源提供一定幀格式的I/Q信號波形文件,并由信號源發出一定數量的幀。同時,DUT在PC的控制下,對這些幀進行接收解調,求得相應的誤幀率。然后根據誤幀率來調節信號源的發射功率,直到誤幀率正好滿足指標要求,此時便能獲得DUT相應的接收性能指標。但在這個平臺上,要獲得正確的誤幀率,也存在2個難點:
1)信號源發出的幀格式必須滿足DUT的要求。不同芯片供應商提供的芯片對幀格式的要求是不同的,若滿足不了芯片對幀格式的需要,DUT便不能正確統計收到的正確幀數,從而導致誤幀率的計算錯誤;
2)信號源要能確保發出一定數目的幀,若信號源發出的總幀數都不能確定,誤幀率便無法計算。
2、幀結構分析
不同的芯片供應商在測試芯片接收性能時,往往采用不同的幀格式。只有幀格式滿足要求,才能統計出正確的收幀數,獲得準確的誤幀率。常見的WiFi芯片供應商Agere、Philips在接收測試時,對幀格式的要求也各不相同。文中主要針對Agere和Philips的幀格式要求進行詳細分析[5-6]。
2.1、幀的形成過程
在802.11DSSS系統中,幀的形成包括以下4個過程。
2.1.1 MSDU的形成
MSDU是MACServiceDataUnit的縮寫,被稱為MAC層業務數據單元,是最原始的待發送數據信息。
2.1.2 MPDU的形成
MPDU(MACProtocolDataUnit)被稱為MAC層協議數據單元。它是將MSDU按一定幀結構封裝后獲得的待發數據信息,見圖2。封裝過程包括在MSDU前加上MAC幀頭和在后面加上幀檢驗序列。
2.1.3 PSDU的形成
PSDU(PLCPServiceDataUnit)被稱為PLCP子層業務數據單元,實際就是從MAC層傳來的MPDU信息。