一、信令測(cè)試小故事

　　隨著信令測(cè)試的逐漸流行，也出現(xiàn)了許多關(guān)于信令測(cè)試有趣的小故事，比較經(jīng)典的一個(gè)可以算得上是七八年前的那個(gè)夏天，當(dāng)時(shí)某著名網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品公司技術(shù)負(fù)責(zé)人因無(wú)線路由器在檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)難以解釋的反常現(xiàn)象，曾向業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)代表申請(qǐng)技術(shù)支持，幫助解決如下困惑：關(guān)于其公司名下某款路由器在應(yīng)用于實(shí)際Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，Wi-Fi終端接入非常困難?？墒钱?dāng)使用測(cè)試工具檢測(cè)對(duì)此路由器進(jìn)行檢測(cè)，所有數(shù)據(jù)結(jié)果均顯示該路由器的所有物理射頻指標(biāo)都非常優(yōu)異，造成這樣反?，F(xiàn)象的原因是什么?

　　經(jīng)業(yè)內(nèi)某龍頭企業(yè)的技術(shù)專家在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)信息反饋：Wi-Fi路由器受控于芯片公司的測(cè)試工具，其Wi-Fi發(fā)射機(jī)指標(biāo)在非信令測(cè)試儀上顯示：無(wú)論功率、EVM還是頻譜等指標(biāo)都是正常的。一時(shí)間竟也無(wú)法分析出到底導(dǎo)致Wi-Fi終端接入困難的具體原因是什么。

　　直至專家們使用信令綜測(cè)儀采用Wi-Fi信令測(cè)試的辦法進(jìn)行模擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)，才很快地鎖定問(wèn)題的關(guān)鍵：原來(lái)在信令模式下，Wi-Fi路由器的發(fā)射機(jī)指標(biāo)顯示不再正常：符號(hào)時(shí)鐘嚴(yán)重失鎖(Symbol Clock Error)。經(jīng)過(guò)技術(shù)小組迅速更換了基帶電路的鎖相環(huán)，路由器的問(wèn)題才最終得以順利解決。

　　那么問(wèn)題來(lái)了，Wi-Fi信令測(cè)試到底是什么?又真的有那么神奇嗎?

　　二、什么是信令測(cè)試

　　1. 信令測(cè)試(Signaling measurement)的原理

　　Wi-Fi的信令測(cè)試通常是認(rèn)為特指模擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的呼叫連接，通過(guò)AP與Station相互握手消息交互完成信號(hào)連接，從而讓儀表扮演Station或AP角色來(lái)完成與被測(cè)件的無(wú)線連接，并測(cè)試被測(cè)件的無(wú)線性能指標(biāo)的測(cè)試。因?yàn)槟撤N程度上可以說(shuō)信令模式完全模擬了手機(jī)和基站注冊(cè)、尋呼、以及MOC、MOT的呼叫過(guò)程以及通話過(guò)程。當(dāng)然，這種和測(cè)試儀表建立的通信還是和真正的通信是有區(qū)別的，為了測(cè)試的需要，比如測(cè)試BER，有時(shí)需要被測(cè)件環(huán)回(loop back)基站發(fā)出的數(shù)據(jù)，這在實(shí)際通信中是沒(méi)有的。

　　2. Wi-Fi信令連接過(guò)程中的同步機(jī)理

　　目前常用的無(wú)線信號(hào)傳輸方式主要分為兩種：

　　第一種是通過(guò)廣播方式：將信號(hào)持續(xù)發(fā)射，所以可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤比對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，這也是比較容易實(shí)現(xiàn)同步的方式，如移動(dòng)通信的LTE、WCDMA等通訊技術(shù);

　　第二種是包交換方式：信號(hào)為單幀發(fā)射，需要在短時(shí)間秒內(nèi)準(zhǔn)確地捕捉到數(shù)據(jù)包的邊界，從而完成準(zhǔn)確的同步，如Wi-Fi的通訊技術(shù)。

　　時(shí)間估計(jì)、頻率同步、信道估計(jì)此三者缺一不可，合為Wi-Fi的同步的全部過(guò)程;由此可見(jiàn)在Wi-Fi連接中，對(duì)同步的要求是較高的。我們逐一分析如下：

　　2.1 時(shí)間估計(jì)：

　　圖1. 時(shí)間估計(jì)

　　1) 包同步

　　時(shí)間同步的第一步就是：包同步，即完成對(duì)傳輸包邊沿的大致估計(jì)。

　　a) 接收信號(hào)電平搜尋：當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，先會(huì)出現(xiàn)一個(gè)迅速上升的上升沿，然后得到信號(hào)邊沿，作為時(shí)間邊界的初步估計(jì)。

　　b) 雙滑動(dòng)窗口捕捉技術(shù)：能夠根據(jù)前后兩個(gè)窗口內(nèi)的積分功率比值觸發(fā)，進(jìn)一步提高精度。不僅能解除對(duì)上升沿門限高低的限制，而且可以通過(guò)輸出一個(gè)較實(shí)時(shí)陡峭觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)輕易地大致捕捉到傳輸數(shù)據(jù)包的邊沿。

　　c) 最后采用試探針包捕捉來(lái)完成精確的時(shí)間估計(jì)。

　　圖2. Wi-Fi 的試探針結(jié)構(gòu)

　　d) 包同步的實(shí)現(xiàn)需先通過(guò)對(duì)信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換、累計(jì)、時(shí)延、比對(duì)和運(yùn)算完成，再由基帶部分判別完成。業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)常規(guī)測(cè)試方法大多是采用非信令測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果并不會(huì) 涉及基帶，而只是對(duì)產(chǎn)品的射頻部分的進(jìn)行無(wú)線物理指標(biāo)驗(yàn)證，存在一定的局限性，并不能很好地契合研發(fā)，測(cè)試等部門的實(shí)際需求。

　　因此，這些部門急需一種可以更優(yōu)于非信令測(cè)試或者可以對(duì)基帶部分實(shí)現(xiàn)時(shí)間估計(jì)性量化測(cè)試全新解決方案。信令測(cè)試，便由此應(yīng)運(yùn)而生，逐漸被業(yè)內(nèi)認(rèn)可。

　　2) 采樣時(shí)鐘鎖定

　　采樣時(shí)鐘鎖定，對(duì)于剛進(jìn)入行業(yè)的小白來(lái)說(shuō)是一種比較難理解的技術(shù)，但對(duì)于整個(gè)時(shí)間估計(jì)卻是非常重要的，因?yàn)橐坏￤i-Fi的OFDM信號(hào)采樣時(shí)鐘出現(xiàn)偏差的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一些列連鎖反應(yīng)，比如：

　　a) 采樣到的符號(hào)(symbol)在規(guī)定時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)細(xì)微抖動(dòng)，即信號(hào)的相位將出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到一定程度時(shí)，將無(wú)法恢復(fù)信號(hào);

　　b) 由于采樣時(shí)鐘的偏差，導(dǎo)致符號(hào)間干擾(ISI)，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)的SNR變差.

　　因此，需要采用鎖相環(huán)+壓控晶振或固定頻點(diǎn)晶振來(lái)完成對(duì)頻率誤差的糾正：

　　圖3. 采用鎖相環(huán)+壓控晶振或固定頻點(diǎn)晶振來(lái)完成對(duì)頻率誤差的糾正

　　2.2 頻率同步

　　在Wi-Fi同步過(guò)程中，頻率同步也同是十分重要的一環(huán)。

　　a) Wi-Fi技術(shù)中，特別是采用OFDM技術(shù)的802.11n, ac等制式對(duì)頻率錯(cuò)誤非常敏感，一旦出現(xiàn)頻率錯(cuò)誤甚至?xí)苯訉?dǎo)致信號(hào)的SNR惡化。

　　b) 相對(duì)來(lái)說(shuō)，頻率誤差其實(shí)比頻率錯(cuò)誤更為常見(jiàn)，而引起頻率誤差的原因主要通常有可能是來(lái)自：相鄰子載波的干擾(ICI)及各子載波的功率回退。

　　c) OFDM的子載波實(shí)現(xiàn)是通過(guò)基帶的FFT+串并轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，因此，基帶運(yùn)算的準(zhǔn)確與否以及基帶電路是否出現(xiàn)異常，都會(huì)直接影響信號(hào)的FFT變換的準(zhǔn)確性和精度，進(jìn)而影響頻率誤差大小，進(jìn)而影響信號(hào)的SNR。

　　2.3 信道估計(jì)

　　a) 通過(guò)測(cè)試信號(hào)試探針里的C1、C2部分，可完成對(duì)傳輸信道模型的估計(jì)，得到準(zhǔn)確的傳輸模型，完成對(duì)接收信號(hào)解調(diào)。

　　b) 在信道估計(jì)的過(guò)程中，試探針的C1、C2解調(diào)(相乘)，也是在基帶完成的。如果此基帶部分出現(xiàn)問(wèn)題，將導(dǎo)致信道估計(jì)失常、無(wú)法解析數(shù)據(jù)。

　　三、核心功能

　　在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)Wi-Fi的OFDM信號(hào)采樣時(shí)鐘出現(xiàn)偏差的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)兩種后果：

　　1) 采樣到的符號(hào)(symbol)在規(guī)定時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)細(xì)微抖動(dòng)，即信號(hào)的相位將出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到一定程度時(shí)，將無(wú)法恢復(fù)信號(hào)。

　　2) 由于采樣時(shí)鐘的偏差，導(dǎo)致符號(hào)間干擾(ISI)，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)的SNR變差。

　　需求強(qiáng)調(diào)的是，常規(guī)的非信令測(cè)試是無(wú)法發(fā)現(xiàn)符號(hào)時(shí)鐘失鎖(Symbol Clock Error)。因?yàn)榉切帕顪y(cè)試，只是通過(guò)射頻觸發(fā)方式完成同步測(cè)量，測(cè)量工具根本沒(méi)有啟用管理采樣時(shí)鐘同步、符號(hào)同步的基帶部分，所以無(wú)法驗(yàn)證基帶部分是否工作正常。即使會(huì)存在“在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中Wi-Fi終端接入困難”的問(wèn)題，也很難在出廠前被檢查出來(lái)。傳統(tǒng)的非信令綜測(cè)儀或?qū)o(wú)法滿足研發(fā)與測(cè)試部門的需求。

　　上述問(wèn)題的關(guān)鍵是因?yàn)榛鶐щ娐返逆i相環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題，所以不僅會(huì)導(dǎo)致采樣時(shí)鐘偏差，引發(fā)采樣符號(hào)相位反轉(zhuǎn)、符號(hào)抖動(dòng)等錯(cuò)誤問(wèn)題，嚴(yán)重者甚至?xí)苯邮菇馕鲥e(cuò)誤。同時(shí)，也會(huì)使得符號(hào)間串?dāng)_嚴(yán)重，導(dǎo)致路由器錯(cuò)誤、甚至無(wú)法解析接入信號(hào)，接入申請(qǐng)無(wú)法識(shí)別等一些系列連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致的必然結(jié)果——接入困難或無(wú)法接入。

　　所以，目前整個(gè)行業(yè)中都普遍認(rèn)同如果能在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、測(cè)試階段等環(huán)節(jié)，應(yīng)該采取信令測(cè)試方式，這樣就可以在最大程度上確認(rèn)產(chǎn)品的基帶部分、射頻部分是否正常工作，以及無(wú)線性能是否達(dá)到規(guī)范要求。從根源上解決“在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中Wi-Fi終端接入困難”的問(wèn)題。

　　四、產(chǎn)品推薦

　　總而言之，信令測(cè)試不僅能夠在能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)某些非信令測(cè)試無(wú)法發(fā)現(xiàn)的被測(cè)件基帶部分存在的問(wèn)題，而且可以為我們解決問(wèn)題提供更多有益的原始數(shù)據(jù)。所以信令綜測(cè)儀在未來(lái)或?qū)⒂锌赡苋〈切帕罹C測(cè)儀的主導(dǎo)地位，成為行業(yè)主流。

　　WTE系列無(wú)線綜合測(cè)試儀是由深圳市中承科技有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的無(wú)線局域網(wǎng)WLAN綜合測(cè)試儀，不僅可以支持信令無(wú)線射頻測(cè)試功能，真實(shí)實(shí)現(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)呼叫功能，通過(guò)AP與STA通信協(xié)議自動(dòng)完成無(wú)線信號(hào)連接，測(cè)試被測(cè)件的各項(xiàng)無(wú)線射頻性能指標(biāo)。

　　而且還具有自主開發(fā)的完整802.11 系列協(xié)議棧，也是支持Wi-Fi協(xié)議級(jí)測(cè)試需求定制開發(fā)的硬件平臺(tái)。具有強(qiáng)大的研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)力可以支持為各種Wi-Fi終端產(chǎn)品提供仿真、設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試等一系列可靠、高效的射頻測(cè)試方案，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、研發(fā)、認(rèn)證及定制性測(cè)試需求開發(fā)等環(huán)節(jié)，為Wi-Fi6及6e產(chǎn)品提供可靠、高效的射頻測(cè)試方案，可以滿足客戶各個(gè)階段的需求，能夠滿足客戶各個(gè)階段的需求。