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淺談無(wú)線設(shè)備中的DFS功能

作者： admin 時(shí)間：2017-08-23 來(lái)源：未知

摘要：隨著無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，工作在2.4 GHz ISM頻段的設(shè)備數(shù)量快速增長(zhǎng)，使得這一頻段日漸擁擠，設(shè)備間干擾也越發(fā)嚴(yán)重，因此，各廠商都競(jìng)相開(kāi)發(fā)工作在更高頻段的無(wú)線通信設(shè)備，...

隨著無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，工作在2.4 GHz ISM頻段的設(shè)備數(shù)量快速增長(zhǎng)，使得這一頻段日漸擁擠，設(shè)備間干擾也越發(fā)嚴(yán)重，因此，各廠商都競(jìng)相開(kāi)發(fā)工作在更高頻段的無(wú)線通信設(shè)備，為順應(yīng)這一需求，各國(guó)政府陸續(xù)開(kāi)放了5 GHz的免許可頻段。

然而，5.25～5.35 GHz和5.47～5.725 GHz是全球雷達(dá)系統(tǒng)的工作頻段，為了避免工作在5 GHz頻段的無(wú)線通信設(shè)備對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)造成干擾，各國(guó)對(duì)這些設(shè)備的要求除了功率、頻譜等常規(guī)項(xiàng)目以外，還特別增加了對(duì)動(dòng)態(tài)頻率選擇（DFS：Dynamic Frequency Selection）特性的要求。

目前，北美、歐洲、加拿大、澳大利亞、日本以及韓國(guó)都已對(duì)DFS進(jìn)行了強(qiáng)制要求，不能通過(guò)DFS測(cè)試的5 GHz設(shè)備（例如802.11a、802.11n設(shè)備）將不能進(jìn)入市場(chǎng)進(jìn)行銷(xiāo)售。文章將針對(duì)北美和歐洲的DFS測(cè)試要求展開(kāi)討論，并給出DFS測(cè)試的系統(tǒng)解決方案。

1、DFS測(cè)試要求

從根本上說(shuō)，DFS是一種信道分配方案，設(shè)備通過(guò)DFS功能動(dòng)態(tài)地選擇或改變工作頻率，以避免其對(duì)其他系統(tǒng)，尤其是雷達(dá)系統(tǒng)的干擾或避免其他系統(tǒng)對(duì)自身的干擾。

FCC Part 15 Subpart E規(guī)定，工作在5.25～5.35 GHz和5.47～5.725 GHz的U-NII（Unlicensed National Information Infrastructure）設(shè)備，應(yīng)當(dāng)具備DFS雷達(dá)檢測(cè)機(jī)制。ETSI EN 301 893標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)工作在此頻段的設(shè)備做出了相同的要求。另外，加拿大、澳大利亞和亞洲的日本、韓國(guó)也都對(duì)DFS制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。由于工作在5 GHz頻段的無(wú)線通信設(shè)備類(lèi)型較少，目前，DFS測(cè)試的對(duì)象主要是802.11a、802.11n等工作在5 GHz頻段的Wi-Fi設(shè)備。應(yīng)Wi-Fi聯(lián)盟的要求，F(xiàn)CC還專(zhuān)門(mén)發(fā)布了備忘錄FCC 06-96，對(duì)DFS的測(cè)試進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)范。

表1　FCC和ETSI標(biāo)準(zhǔn)中的DFS測(cè)試項(xiàng)目列表

各測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試內(nèi)容說(shuō)明如下：

（1）工作信道的均勻分布：要求被測(cè)設(shè)備（UUT：Unit Under Test）在5.25～2.35 GHz和5.47～5.725 GHz頻段等概率地選擇工作信道。

（2）雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)帶寬：從UUT工作信道的中心頻率開(kāi)始，以1 MHz步長(zhǎng)增加（或減少）雷達(dá)信號(hào)頻率，觀察UUT的反應(yīng)，直到UUT無(wú)法檢測(cè)到雷達(dá)信號(hào)，以獲得UUT能夠檢測(cè)到的雷達(dá)信號(hào)的頻率范圍。

（3）初始信道可用性檢測(cè)時(shí)間：UUT在完成開(kāi)機(jī)操作后，應(yīng)該對(duì)當(dāng)前工作信道進(jìn)行1分鐘檢測(cè)，觀察UUT的信道檢測(cè)機(jī)制，UUT應(yīng)當(dāng)在完成1分鐘的信道檢測(cè)之后才開(kāi)始發(fā)送射頻信號(hào)。

（4）信道可用性檢測(cè)：UUT在完成開(kāi)機(jī)操作后，將對(duì)當(dāng)前工作信道進(jìn)行1分鐘檢測(cè)，本測(cè)試項(xiàng)要求在1分鐘信道檢測(cè)時(shí)間的最初和最后時(shí)刻在UUT工作信道發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，由于雷達(dá)信號(hào)的出現(xiàn)，UUT在完成1分鐘檢測(cè)之后，應(yīng)當(dāng)不在該信道發(fā)送射頻信號(hào)。

（5）信道遷移時(shí)間：UUT與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，在UUT工作信道發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，從雷達(dá)信號(hào)停止發(fā)送開(kāi)始計(jì)時(shí)，UUT（如果UUT是主設(shè)備，則包括與之相關(guān)的所有從設(shè)備）應(yīng)當(dāng)在限定時(shí)間內(nèi)停止在該信道進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。

（6）信道停止傳送時(shí)間：UUT與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，在UUT工作信道發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，從雷達(dá)信號(hào)停止發(fā)送開(kāi)始，在該信道上的傳輸時(shí)間總和不能超過(guò)限值。

（7）信道不可占用周期：UUT在某一信道檢測(cè)到雷達(dá)信號(hào)之后，不能在該信道進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸?shù)臅r(shí)間限值。

（8）檢測(cè)門(mén)限統(tǒng)計(jì)性能測(cè)試：在UUT工作信道以規(guī)定的電平值發(fā)送指定的雷達(dá)信號(hào)，該測(cè)試需要在相同的條件下重復(fù)進(jìn)行多次，以統(tǒng)計(jì)UUT能夠檢測(cè)到的雷達(dá)信號(hào)的概率。

從表1中可以看出，ETSI的DFS測(cè)試項(xiàng)目是FCC的子集，那么是不是產(chǎn)品只要通過(guò)了FCC的測(cè)試，就不必再依據(jù)ETSI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試了呢?FCC與ETSI測(cè)試的區(qū)別體現(xiàn)在什么地方呢?

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，答案是否定的。FCC與ETSI的DFS測(cè)試的最大區(qū)別體現(xiàn)在對(duì)雷達(dá)信號(hào)的選擇上，表2和表3分別給出了FCC和ETSI對(duì)雷達(dá)脈沖信號(hào)的要求。

表2　FCC規(guī)范DFS測(cè)試的雷達(dá)信號(hào)要求

表3　ETSI標(biāo)準(zhǔn)DFS測(cè)試的雷達(dá)信號(hào)要求

2、DFS測(cè)試解決方案

由于DFS測(cè)試開(kāi)始的時(shí)間較晚，目前國(guó)際上還沒(méi)有統(tǒng)一的測(cè)試方案，文章將結(jié)合FCC和ETSI的DFS測(cè)試要求，給出一套DFS的測(cè)試系統(tǒng)解決方案，可用于實(shí)現(xiàn)DFS的全自動(dòng)測(cè)試。

盡管FCC和ETSI對(duì)雷達(dá)信號(hào)的要求不同，但對(duì)于相同的測(cè)試項(xiàng)目，二者的測(cè)試方法一致。因此，本小節(jié)將重點(diǎn)針對(duì)FCC的測(cè)試要求闡述DFS測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。DFS測(cè)試系統(tǒng)連接框圖如圖1和圖2所示。

圖1　主設(shè)備/帶DFS功能的從設(shè)備的DFS測(cè)試框圖

圖2　從設(shè)備DFS測(cè)試框圖

DFS測(cè)試中被測(cè)設(shè)備類(lèi)型被分為三類(lèi)，不同類(lèi)型的UUT使用不同的測(cè)試連接方案。主設(shè)備（Mas-ter）使用圖1所示的系統(tǒng)解決方案，測(cè)試過(guò)程中向UUT發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，測(cè)試結(jié)果顯示為UOT在雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)前后的時(shí)域波形變化。對(duì)于不帶DFS功能的從設(shè)備（Client），可使用圖2給出的系統(tǒng)解決方案，測(cè)試過(guò)程中，向與UUT相關(guān)聯(lián)的Master設(shè)備發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，在Master-設(shè)備對(duì)雷達(dá)信號(hào)做出反應(yīng)后，觀察UUT的行為，測(cè)試結(jié)果顯示為整個(gè)信道在雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)前后的信號(hào)時(shí)域波形變化。對(duì)于帶有DFS功能的從設(shè)備，根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目的不同，分別選擇圖1或圖2進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)連接。

無(wú)論測(cè)試使用的是哪種測(cè)試連接方式，框圖中各設(shè)備所起的作用不變。矢量信號(hào)分析儀的作用包括兩方面，一是在調(diào)試產(chǎn)生雷達(dá)信號(hào)階段驗(yàn)證各種雷達(dá)信號(hào)，特別是線性調(diào)頻脈沖（Chirp）雷達(dá)信號(hào)的頻域和時(shí)域波形是否滿足測(cè)試要求；另一方面，用來(lái)顯示和記錄測(cè)試結(jié)果。儀表選用R&S公司的FSQ26。

對(duì)于雷達(dá)信號(hào)發(fā)生器，盡管目前市場(chǎng)上能夠產(chǎn)生脈沖信號(hào)的設(shè)備非常多，但由于測(cè)試時(shí)使用的雷達(dá)脈沖信號(hào)特殊，信號(hào)的多種參數(shù)都需隨機(jī)選取，且雷達(dá)信號(hào)參數(shù)的變化很快（微秒級(jí)），還要控制脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，目前，沒(méi)有任何一款脈沖信號(hào)發(fā)生器能夠直接產(chǎn)生DFS測(cè)試所需的信號(hào)。本系統(tǒng)選用了R&S公司的脈沖信號(hào)發(fā)生器SMF100A，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行編程控制，產(chǎn)生測(cè)試需要的雷達(dá)信號(hào)。

主控PC上裝有測(cè)試軟件，能夠控制雷達(dá)信號(hào)發(fā)生器按照要求在指定的時(shí)間發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，并同時(shí)控制信號(hào)分析儀正確地記錄測(cè)試結(jié)果。

圖中另外兩臺(tái)控制/顯示計(jì)算機(jī)的作用，就是用來(lái)與UUT之間傳送指定的視頻業(yè)務(wù)流，監(jiān)控視頻業(yè)務(wù)流的傳輸情況，并能實(shí)時(shí)跟蹤被測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。由于本測(cè)試對(duì)時(shí)間精度要求很高，銣鐘能夠?yàn)樾盘?hào)源和頻譜分析儀提供良好的參考時(shí)間信號(hào)，提高測(cè)試精度。

在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，UUT的輸出功率設(shè)置在最大值，通常大于20 dBm，而雷達(dá)干擾信號(hào)的強(qiáng)度則低于-60 dBm，為了能夠在測(cè)試結(jié)果圖中準(zhǔn)確分辨出雷達(dá)信號(hào)與UUT的信號(hào)，不能將頻譜分析儀、雷達(dá)信號(hào)發(fā)生器以及被測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單地連接在一起進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)將通過(guò)調(diào)整各個(gè)衰減器的衰減值，使頻譜儀上顯示的各個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度關(guān)系為：雷達(dá)信號(hào)最大，UUT信號(hào)其次，而與UUT進(jìn)行關(guān)聯(lián)的設(shè)備信號(hào)強(qiáng)度最低。

3、DFS的測(cè)試現(xiàn)狀

歐洲的ETSI EN 301893標(biāo)準(zhǔn)從2003年8月的V1.2.3版本開(kāi)始，加入了對(duì)DFS功能的測(cè)試要求，并于2004年開(kāi)始進(jìn)行DFS的測(cè)試；亞洲的日本和韓國(guó)也于2005年開(kāi)始進(jìn)行DFS的測(cè)試；美國(guó)的FCC則在2006年2月公布，凡是2006年7月20日之后申請(qǐng)的5 GHz頻段U-NII認(rèn)證設(shè)備，必須滿足FCC Part 15.407中規(guī)定的DFS要求；另外，澳大利亞的標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS4268:2003+A1:2004中也對(duì)DFS進(jìn)行了要求，而加拿大已經(jīng)在RSS 210中提出了DFS要求，但具體的測(cè)試方法以及用于測(cè)試的雷達(dá)信號(hào)類(lèi)型還在進(jìn)一步的制訂當(dāng)中。

4、結(jié)語(yǔ)

從各國(guó)對(duì)DFS的測(cè)試要求看來(lái)，今后工作在5 GHz頻段的無(wú)線通信設(shè)備，只要其工作信道落入了雷達(dá)系統(tǒng)的工作頻段，都需要具備DFS功能。目前DFS的測(cè)試在國(guó)內(nèi)還處于初始階段，人們對(duì)DFS的測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試方法等還缺乏較深入的理解。文章深入分析了DFS的測(cè)試要求和測(cè)試方法，并給出了DFS系統(tǒng)解決方案，對(duì)5 GHz頻段設(shè)備的DFS認(rèn)證測(cè)試工作具有重要的參考價(jià)值。

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