大哥牛的信号完整性博客

Wi-Fi(IEEE标准802.11)目前已在计算和电子学领域居于统治地位，超过90%的膝上型电脑都采用了Wi-Fi技术。Wi-Fi技术已在改变人们联网和使用计算机的方式，几乎每个人的膝上型电脑都无线连接到公司网络、家庭网络和公共接入点。

Wi-Fi标准的每个新版本都会在工作范围、数据速率、可靠性和安全性方面有所提高。目前还处于草案阶段的802.11n标准可提供超过100Mbps的数据速率，这要归功于它采用的多输入/多输出(MIMO)技术。MIMO技术可以实现十分可靠的多天线/收发器技术。经过验证，该技术不仅可以极大地提高数据速率，而且能够在多路径环境下增加传输距离和连接可靠性。

在针对802.11n标准实现的MIMO基本概念中，待传输的数据经过加扰、编码和交织(见图1)，然后将其分成并行数据流，每个数据流对单个发射器(TX)进行调制。

MIMO采用的调制技术为OFDM，根据数据速率的不同，分别采用二进制相移键控(BPSK)调制、正交相移键控(QPSK)调制、16QAM(正交振幅调制)调制或者6?QAM调制。两个发射器都工作在同一个20MHz频段，在相同的带宽中发射两个不同的数据流可以使吞吐能力翻倍。吞吐能力根据发射器的数目呈线性增长。

多个信号到达接收器的时间和相位各不相同，这取决于它们传输的路径。有些信号直接到达接收器，而其它信号则通过多个不同的路径到达接收器。根据信号路径的特征定义，每个信号都是独一无二的。这种技术称为空间多路复用，它可缓解大多数微波传输中遇到的多路径问题。多个路径上的每个信号都会产生唯一签名，这使得接收器能够利用由DSP技术实现的特殊算法对各个信号进行分类。然后，来自不同天线的相同信号就能被联合起来相互增强，从而提高信噪比、可靠性和有效传输距离。

在相同带宽内传输两个或两个以上的数据流可以使数据速率翻倍，倍数取决于使用的数据流数目。另外， MIMO技术允许将两个20MHz的相邻的空闲通道绑定成单个带宽大于40MHz的通道，这样就可以提供更高的数据速率。

通过通道绑定和采用四个数据流，可以实现最高600Mbps的数据速率。虽然尚不清楚如此之高的数据速率到底有没有市场，但即使在相当恶劣的环境中，这种技术仍可以在100米的传输距离内轻松保持100Mbps的数据速率。

这个2×3的 MIMO系统仅显示了从发射器至接收器的直接路径，采用两个发射器可使数据速率翻倍。利用空间多路复用技术，接收器可以通过使用多路径信号恢复数据并提高信噪比。

随着VoIP在国内的普及，自然就有人想到利用Wi-Fi的附加技术来实现电话通信。可以从任何AP或热点进行呼叫的“VoWi-Fi”电话已经面市，这种电话还有可能成为企业内部使用的标准设备。有几家供应商已经在标准蜂窝电话上增加了Wi-Fi功能，从而可以在蜂窝站点覆盖不强的地方从热点进行呼叫。

蜂窝电话与Wi-Fi电话的结合成就了类似无授权移动接入(UMA)这样的系统。UMA系统又被称为通用接入网络(GAN)，能够使用户通过常规的蜂窝发射塔或某些非授权频带范围内的无线技术(如蓝牙或Wi-Fi)无缝漫游。

此外，在其它消费产品领域，Wi-Fi也得到广泛的应用。例如，诺基亚的数码相机可以与任何附近的AP无缝连接以传输图片文件，便携式摄像机和个人媒体播放器(PMP)也可以与Wi-Fi收发设备建立无线连接。带有Wi-Fi功能的MP3播放器已经上市。而在家庭应用中，其无线视频技术将受到极大关注。消费电子产品公司渴望能将PC、HDTV、DVD播放器、个人录像机及其它视频设备无线连接在一起。

Wi-Fi产品

TI公司的消费电子WLAN开发套件(CE WLAN DK 2.0)，为便携式及移动设备的设计工程师提供一个成功开发WLAN产品所需的所有工具。该开发套件配有由TNET1351和TNET 3526/5100器件组成的WLAN芯片，其中1352是一个单芯片MAC基带处理器和无线收发器，3536是一个RF功率放大器，5100是一块电源管理芯片。为支持WAP2安全功能和满足WMM/802.11e QoS要求，该公司还提供参考设计和软件。

Broadcom公司的无线局域网络(WLAN)Intensi-fi芯片组是第一个符合IEEE802.11n草案标准的Wi-Fi解决方案。Intensi-fi技术通过多个发送和接收天线支持同时多重数据(或“空间”)流，因此相比传统802.11产品(只使用了一个发送天线和一个接收天线，并只能支持单个数据流)而言，该技术能提供超过300Mbps无线吞吐量和更可靠的覆盖。

Conexant Systems公司的CX53121是一款面向希望集成Wi-Fi功能的便携或移动设备的802.11b/g器件。该产品针对具有嵌入式无线网络能力的电池供电手持产品，如蜂窝电话、智能电话、VoIP手机、照相机、MP3 播放器、游戏控制器和全球定位系统。

ST公司的双频Wi-Fi 解决方案STLC4420，在单一的小型封装内提供了面向手机应用的无线 802.11a /b/g 性能。STLC4420是一个高度集成的无线局域网WLAN芯片，能够在5GHz和2.4GHz两个频带内工作，支持OFDM(正交频分复用)和 CCK(补码键控)信号调制技术。其第二款芯片STLC4550仅支持802.11b/g。这两款器件的功耗都非常低，适用于蜂窝电话、MP3播放器及其它便携式消费电子产品。

NXP半导体公司针对低功耗802.11无线局域网开发推出了第三代单封装系统芯片(SiP)BGW211。该芯片支持全部的802.11g功能，消费者能够以比当前 802.11b 产品快5倍的速度，通过WLAN网络访问数据与多媒体内容，而不会影响电池使用寿命。服务质量(QoS)的扩展支持以及与蓝牙无线的共存，使该芯片能满足各种极高要求的便携应用。最新的SiP技术在外形尺寸只有 10×15×1.3mm的低HVQFN单封装中集成了一个完整802.11g WLAN子系统所需全部元器件。其它“单芯片”解决方案需要使用外部的接收 LNA、发射功率放大器以及/或其它元件，而BGW211 SiP则无需外接任何元件，便可满足手机和网络运营商对范围性能与流量性能的要求。

BGW200是NXP另一款完整的低功耗802.11b WLAN单封装系统解决方案，适合用于电池供电的手持设备。消费者可以用它连接到数量日益增长的各种WLAN网络，如办公室、家庭和公共场所。服务供应商能够用它增加网络的覆盖和客户群，在蜂窝/PCS和WLAN网络间提供互补的数据与语音服务。此外，它支持蓝牙1.1和1.2的共存，可实现与NXP蓝牙解决方案的无缝集成。

作者：Louis E. Frenzel；通讯/测试编辑；《Electronic Design》

什么是Wi-FI?
"Wi-Fi为IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准(IEEE802.11)。 Wi-Fi第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层(MAC层) 和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbits。随后的 802.11的补充标准还包括：802.11a，物理层补充(54Mbits工作在5GHz)；802.11b，物理层补充(11Mbits工作在 2.4GHz)；802.11g，物理层补充(54Mbits工作在2.4GHz)等，而即将通过的802.11n导入了多重输入输出(MIMO)技术，将使得802.11a/g无线局域网的传输速率提升一
倍。1999年业界成立了Wi-Fi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。随着802.11技术的不断成熟，Wi-Fi正在成为无线接入以太网的主流技术。"
什么是MIMO?
所谓的MIMO，就字面上看到的意思，是Multiple Input Multiple Output的缩写，大部分您所看到的说法，都是指无线网络讯号通过多重天线进行同步收发，所以可以增加资料传输率。然而比较正确的解释，应该是说，网络资料通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送，由于无线讯号在传送的过程当中，为了避免发生干扰起见，会走不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时间会不一致。

【赛迪网讯】8月20日中午，中移动公布了20009年中期财务报告。在财报中，中移动披露TD二期工程已经如期完工，其中包括一、二期工程核心网络的融合改造，目前网络覆盖达到38个城市。在TD网络建设中，中移动还解决了影响网络质量的关键技术问题，提升了网络质量。

今年上半年，中移动充分发挥2G网络和规模优势，采取两网融合的发展策略，实现客户“不换卡、不换号、不登记”即可使用3G业务，降低客户使用门槛，促进3G业务在个人、家庭、集团客户市场的全面推广。上半年，中移动还设立了TD-SCDMA 终端联合研发专项激励基金，推动TD终端研发;还建立了相应的终端产品库分级分类管理制度，推动TD产业发展和成熟。

此外，中移动在财报中还披露，上半年集团网络国际漫游覆盖范围不断扩大，基站总数超过41万个，人口覆盖率达到98%，基站光纤接入比例提高到91%，已基本实现核心网IP化。今后，中移动将实施差异化的全业务策略，通过 “TD+WLAN”的方式，保持在无线宽带领域的领先地位，为巩固个人客户市场地位，推进数字化家庭建设，提升集团客户综合信息服务能力创造条件。

8月28日最新消息：中国移动集团党组书记、副总裁张春江28日在南京透露,我国拥有自主知识产权的TD-SCDMA网络已覆盖38个城市,基站总数达4.7万个,客户超100万,城市内覆盖范围与2G网络基本相当,预计年底前TD网络覆盖将达到238个城市。

张春江介绍,通过推进TD与2G网络融合、业务融合和应用融合,全面实现了2G客户“不换卡、不换号、不登记”使用TD业务。针对建设初期网络质量不尽如人意的问题,中国移动组织开展TD网络质量提升大会战,使得TD质量明显改善,接通率提升到96%以上,掉话率降低到2%以内,TD和2G切换成功率改善到 95%以上。目前,TD手机已有49款,上网卡40款,上网笔记本44款。
今年初,工信部发放了包括TD在内的3张3G牌照。其中TD是我国百年通信史上第一个拥有核心知识产权的技术,是我国自主创新的典范。

有关TD争论很多，由于是自主规范，困难重重，和运营了多年的WCDMA相比差距不小。

TD标准简介：

TD标准是我国确定的3G标准。TD－SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出并在此无线传输技术（RTT）的基础上与国际合作，完成了TD－SCDMA标准，成为CDMA TDD标准的一员的，这是中国移动通信界的一次创举，也是中国对第三代移动通信发展的贡献。在与欧洲、美国各自提出的３Ｇ标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球３Ｇ标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。该方案的主要技术集中在大唐公司手中，它的设计参照了TDD(时分双工)在不成对的频带上的时域模式。

TDD模式是基于在无线信道时域里的周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下，可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用TD-SCDMA这一技术，通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD- SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。

TD―SCDMA的无线传输方案灵活地综合了FDMA，TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性，TD―SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里，计划让TD―SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。

TD－SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD－SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TD－SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。

TD－SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP 运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达 30－40km。所以，TD－SCDMA适合在城市和城郊使用，在城市和城郊这两个不足均不影响实际使用。因在城市和城郊，车速一般都小于 200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，小区半径一般都在15km以内。而在农村及大区全覆盖时，用WCDMA FDD方式也是合适的，因此TDD和FDD模式是互为补充的。

TD-SCDMA技术特点

载频间隔：1.6M

码片速率：1.28Mc/s

双工方式：TDD- y) W u2 @( @; H

帧长：10ms (子帧5ms)

信道编码：卷积码、Turbo码

调制方式：QPSK/8PSK

功率控制：开环结合闭环# U3 u# X( E2 k9 J

功率控制速率：200次/s

基站同步：同步

TD标准的成员：

电信科学技术研究院（大唐电信科技产业集团）

华立集团有限公司

华为技术有限公司

联想（北京）有限公司

深圳市中兴通讯股份有限公司

中国电子信息产业集团公司

中国普天信息产业集团公司

北京天碁科技有限公司

重庆重邮信科股份有限公司

海信集团有限公司

凯明信息科技股份有限公司

西安海天天线科技股份有限公司

展讯通讯（上海）有限公司

北京中创信测科技股份有限公司

湖北众友科技实业股份有限公司

上海贝尔阿尔卡特股份有限公司

上海迪比特实业有限公司

UT斯达康公司

英华达（上海）电子有限公司

中山市通宇通讯设备有限公司

青岛海尔通信有限公司

上海科泰世纪科技有限公司

武汉邮电科学研究院

TCL集团

广州市新邮通信设备有限公司

安德鲁电信器材（中国）有限公司

鼎芯通讯（上海）有限公司

北京星河亮点通信软件有限责任公司

京信通信技术（广州）有限公司

中国电子科技集团公司第十四研究所

摩比天线技术（深圳）有限公司

锐迪科微电子（上海）有限公司

北京汉铭信通科技有限公司

宁波波导股份有限公司

中国电子科技集团公司第四十一研究所

<
p> 亿阳信通股份有限公司

深圳市长方网络技术有限公司

宇龙计算机通信科技（深圳）有限公司

希姆通信息技术（上海）有限公司

龙旗控股有限公司.

１.Wimax 的市场定位和发展动态

2001 年4 月，由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立了一个非盈利组织－微波接入全球互操作性认证联盟WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access），其主要成员包括设备制造商、器件供应商、运营商等，主要任务是通过对产品进行兼容性和互操作性认证，消除IEEE802.16 标准应用的障碍，扩大标准的应用范围。WiMAX 系统主要有两个技术标准，一个是满足固定宽带无线接入的802.16d 标准(即802.16 2004)，另一个是满足固定和移动的宽带无线接入技术802.16e 标准。2005 年12 月，IEEE 批准802.16e 对802.16 标准的修正是WiMAX 演进过程中一个重要的里程碑。按照目前的技术发展情况，802.16d 主要定位于企业用户，提供长距离传输的手段，而802.16e(也称移动WiMAX)的用户群则定位于个人用户，支持用户在移动状态下宽带接入网络。

 

图1 WiMAX、Wi－Fi、Bluetooth 示意图
WiMAX 可以提供优良的最后一英里（Last Mile）的接入服务，这就是WiMAX的主要的市场定位。与3G 相比，WiMAX 数据率更高，可以作为3G 以及3G 演进的一种无线城域网、多点基站互联的重要支持手段。与Wi－Fi 相比，WiMAX的覆盖范围大得多且安全性更好，双方将在无线接入中互补。总的来说，WiMAX与Wi-Fi、3G 在相当长时间内将会互补共存，并在重叠区有一定程度的彼此竞争。图1 显示了WiMAX、Wi－Fi、Bluetooth 和UWB 之间的关系。图2 则对现行的各种无线技术进行了比较。WiMAX 作为新一代“最后一公里”宽带接入技术，在近几年取得了突飞猛进的发展，到现在已经开始步入商用化阶段。韩国电信（KT）于2006 年6 月30 日推出了移动WiMAX 的韩国版商用服务“KT WiBro”，到2008 年将会覆
盖韩国全境。西门子通信集团日前为哥伦比亚的长途服务提供商Orbitel 建设了南美洲第一个WiMAX 商用网络，在未来几个月中，Orbitel 还将在哥伦比亚另外14 个城市采用西门子的技术部署WiMAX 网络。英国宽带网服务公司也表示将在近期试提供WIMAX 无线新技术服务。

 

图2 WiMAX 和3G、Wi－Fi、Bluetooth 的比较

2.Wimax 的关键技术

作为新一代的无线城域网技术，WiMAX 采用了很多先进技术来获得高数据速率。其中的关键技术主要包括：OFDM/OFDMA（正交频分复用）——OFDM 是一种高速传输技术，其基本原理是将高速的数据流分解成为多路并行的低速数据流，在多个相互正交的子载波上同时进行传输。作为未来无线宽带接入系统和下一代蜂窝移动系统的关键技术之一，OFDM 技术有独特的优势：OFDM 信号的子载波相互重叠，极大地提高了频谱利用率；每个子载波都是低速率传输，通过插入循环前缀可以很好地对抗多径干扰；由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡也变得相对容易。当然，OFDM 技术也有其自身的缺点：为了保证载波之间的正交特性，载波的频率精度要求很高，因此OFDM 技术对相位噪声非常敏感；OFDM 信号的高峰均比使其信号包络起伏很大，这就对系统的动态范围要求很高，需要高线性度的功率放大器。这些都成为我们在测试WiMAX 系统时需要特别关注的地方。图3 显示了OFDM 信号子载波间的正交特性。AMC（自适应调制和编码）——AMC 的基本原理是自适应地改变信号调制方式和编码速率的组合使其在系统限定的范围内和信道条件相适应，而信道条件则可以通过发送信道测量报告来估计。在AMC 系统中，一般用户在理想信道条件下用较高阶的调制方式和较高的编码速率，而在不太理想的信道条件下则用较低阶的调制方式和较低的编码速率。采用AMC 的好处主要是：处于有利位置的用户可以具有更高的数据速率，由此系统平均吞吐量得到提高；在链路自适应过程中，通过调整调制编码方案而不是调整发射功率的方法可以降低干扰水平。但是，由于移动信道的时变特性，信道测量报告的误差和延迟会降低信道质量估计的可靠性，对信道估计的错误会使系统选择错误的数据传输数据率，造成传输功率过高而浪费系统容量或者传输功率太低而使误码率升高，因此AMC 对测量误差和延迟比较敏感。

MIMO（多重输入输出）——随着移动通信系统的发展，对传输速率和系统QoS（Quality of Service）的要求越来越高，传统的SISO（单输入单输出）系统由于受到频谱资源和移动终端特性的限制已经越来越难以满足要求，于是，人们开始把MIMO 技术应用于新一代的无线通信系统。MIMO 技术可以直观地看成一个多天线通信系统，在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多通道。MIMO 技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。空间复用是将需要传送的信号经过串并转换成几个平行的信号流，并且在同一频带上使用各自的天线同时传送，充分利用空间传播中的多径分量以实现在同一频带上使用多个数据通道的目的，从而有效增加信道容量。空时编码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，充分利用传输中的多径效应变害为利实现对有用信号的增强，提高系统的可靠性。

QoS 机制——在WiMAX 标准中，MAC 层定义了较为完整的QoS 机制。MAC 层针对每个连接可以分别设置不同的QoS 参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行业务流的带宽分配，WiMAX 系统定义了4 种上行带宽调度类型：非请求的带宽分配业务（UGS）、实时轮询业务（rtPS）、非实时轮询业务（nrtPS）和尽力而为业务（BE）。对于下行的业务流，根据业务流的应用类型只有QoS 参数的限制（即不同的应用类型有不同的QoS 参数限制）而没有调度类型的约束，因为下行的带宽分配是由BS 中的Buffer 中的数据触发的。WiMAX 定义的QoS 参数都是针对空中接口的，而且是这4 种业务的必要参数。

图3 OFDM 信号的频谱特性

3.WiMAX 的技术特点

WiMAX 使用与WLAN 类似的技术—OFDM。WiMAX 具有如下技术特点：

1. 频率<11GHz
2. 支持数据速率1M~75M orthogonal
3. 调制频谱带宽1.75MHz，3.5MHz，7MHz，10MHz，20MHz。调制带宽、数据速率、调制方式和信道编码关系如下图，MAC和Preamble 头信息未计算。
4. 使用256 载波的OFDM，实
   际只使用其中的200 个。
5. 调制方式：BPSK（导频）、QPSK，16QAM，64QAM。
6. 双工方式：TDD，FDD 和半双工FDD。
7. 功率等级：
   ProfC3_17： 17dBm <= PTx, max <=20dBm
   ProfC3_20： 20dBm <= PTx, max <=20dBm
   ProfC3_23： 23dBm <= PTx

4.WiMAX 的测试需求

参照802.16 标准的具体内容，WiMAX 测试主要包括无线电一致性测试（Radio Conformance Test）、协议一致性测试（Protocol Conformance Test）和互操作性测试（Interoperation Test）三个方面。而测试角度来说，RCT（无线电一致性测试）是所有测试项目中最严格也是最重要的测试内容。无线电一致性测试（RCT）是对设备的电气指标进行测试，主要包括发射机测试和接收机测试。根据802.16 标准中的无线电一致性测试规范（Radio Conformance Test Specification），发射机测试和接收机测试的测试指标主要有：

其它参数如最大发射功率、ACPR（邻道功率比）、谐波和杂散辐射等在WiMAX 中并没有做出具体的规定，可依据各国标准而定。协议一致性测试（PCT）和互操作性测试（IOT）主要是针对MAC 层和系统级的测试，他们所包含的主要的测试内容如下表所示：

测试类型	测试指标	具体描述
	吞吐量测试	主要测试上行（CPE 至BS）和下行（BS 至CPE）两个链路方向上的传输带宽
	延时测试	主要测试基站（BS）和客户端设备（CPE）之间链路的延时
PCT	自适应调制 和编码测试	WiMAX 系统中定义了7 种不同的调制方式和编码速率的组合,同时定义了调制方式和编码速率与接收端信 噪比的对应情况，通过本项测试可以验证这些参数对应情况以及测试系统自适应的速率。
	QoS 测试	802.16 标准定义了4 种QoS 级别，分别是：UGS、rtPS、nrtPS 和BE，在系统中，QoS 是通过MAC 层的报 文优先级队列处理机制实现。在测试过程中，可以使用IP 报文发生器的二层机制（VLAN）或三层机制（DSCP 或ToS 字段）来进行。