Wifi射频接收性能的测试方法

WiFi(WirelessFidelity)手机是一种新兴的基于WiFi技术的VOIP电话。使用这种手机可以将模拟语音信号转换为数据包的形式，通过热点(AccessPoint)接入基于IP协议的互联网上进行传输，从而接打电话。与传统固话相比，WiFi手机的资费非常廉价，但使用的前提是，WiFi手机只有在热点覆盖范围以内才能进行通话。但热点的覆盖范围往往非常有限。

有两种方法可以增大热点的覆盖范围：一是提高热点发射功率和提高手机接收灵敏度，但热点的发射功率不可能无限制地被提高，所以同时还必须提高手机的接收灵敏度来增大热点覆盖范围。根据自由空间传输损耗公式[1]：L(dB)=32.4+20×lgd(km)+20×lgf(MHz)　　

由此可以得出结论：在自由空间的理想情况下，手机接收灵敏度每增加6dB，便可使热点的覆盖范围增大1倍。所以，提高WiFi手机的接收指标有非常实际的意义。要提高WiFi手机的接收性能，首先就必须准确地测试出其接收指标，然后才能对其进行改进，最终提高整个系统的性能。

在802.11系统中[2]，信息是以帧为单位进行传输的，因此可用误帧率对接收性能进行统计分析，而在PHS系统中，是以误码率来定义接收性能指标的[3]。无论在对接收指标的定义上还是在接收性能的测试方法上，WiFi系统和PHS系统均存在较大差异。所以，文中将着重对WiFi射频接收性能的测试方法进行分析，并给出一种通用的解决方案。

1、射频接收指标及测试过程

1.1、射频接收指标的定义

根据IEEE802.11b规范，有3项较为关键的射频接收指标定义如下[4]：
1)接收机最小输入电平灵敏度　对于在天线连接器上测得的-76dBm的输入电平而言，若PSDU的长度为1024个字节，其误帧率(FER)应小于8%；
2)接收机最大输入电平　对于在接收端天线上测得的-10dBm的最大输入电平而言，若PSDU长度为1024个字节，则其误帧率(FER)最大应为8%；
3)接收机邻道抑制　接收机邻道抑制在每一信道组中的间隔，不小于25MHz的任意2个信道间邻道干扰信号功率与有用信号功率的比值。对于采用11Mbit/sCCK调制的FER值为8%以及长度为1024字节的PSDU而言，邻道抑制必须不小于35dB。

1.2、误帧率

在上面3项指标的定义中，均提及了1个非常重要的参数：误帧率，即传输过程中丢失和出错的帧数和发送总帧数的比值。只有获得正确的误帧率，才能精确地测试出上述3项接收性能指标。实验室搭建的接收性能测试平台，见图1.

在图1的测试平台上，由PC为信号源提供一定帧格式的I/Q信号波形文件，并由信号源发出一定数量的帧。同时，DUT在PC的控制下，对这些帧进行接收解调，求得相应的误帧率。然后根据误帧率来调节信号源的发射功率，直到误帧率正好满足指标要求，此时便能获得DUT相应的接收性能指标。但在这个平台上，要获得正确的误帧率，也存在2个难点：

1)信号源发出的帧格式必须满足DUT的要求。不同芯片供应商提供的芯片对帧格式的要求是不同的，若满足不了芯片对帧格式的需要，DUT便不能正确统计收到的正确帧数，从而导致误帧率的计算错误；

2)信号源要能确保发出一定数目的帧，若信号源发出的总帧数都不能确定，误帧率便无法计算。

2、帧结构分析

不同的芯片供应商在测试芯片接收性能时，往往采用不同的帧格式。只有帧格式满足要求，才能统计出正确的收帧数，获得准确的误帧率。常见的WiFi芯片供应商Agere、Philips在接收测试时，对帧格式的要求也各不相同。文中主要针对Agere和Philips的帧格式要求进行详细分析[5-6]。

2.1、帧的形成过程

在802.11DSSS系统中，帧的形成包括以下4个过程。

2.1.1　MSDU的形成　

MSDU是MACServiceDataUnit的缩写，被称为MAC层业务数据单元，是最原始的待发送数据信息。

2.1.2　MPDU的形成　

MPDU(MACProtocolDataUnit)被称为MAC层协议数据单元。它是将MSDU按一定帧结构封装后获得的待发数据信息，见图2。封装过程包括在MSDU前加上MAC帧头和在后面加上帧检验序列。

2.1.3　PSDU的形成　

PSDU(PLCPServiceDataUnit)被称为PLCP子层业务数据单元，实际就是从MAC层传来的MPDU信息。

2.1.4　PPDU的形成　

PPDU(PLCPProtocolDataUnit)，被称为PLCP子层协议数据单元。它是将PSDU按照特定的帧格式进行数据封装后的数据包，具体说来就是在PSDU前面再加上PLCP前导码和PLCP报头，见图3.PPDU是最终将经由物理介质发送出去的数据封装。

2.2、PPDU格式

帧格式[7]的修改全部由PC的软件(WinIQsim或SignalStudio)实现，PC传输给信号源的I/Q波形文件已确定了帧格式。软件中主要是使MPDU满足芯片要求，而PPDU则自动生成的，所以这里只介绍PPDU格式。

整个PLCP前导码和报头采用1Mbit/sDBP