Application Note

WiMAXの概念とRF測定

IEEE 802.16-2004 WiMAX PHYレイヤ（物理層）の動作と測定

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はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

WiMAXエア・インタフェース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

RF特性評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

DUTの制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

トランスミッタのテスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

伝送パワーレベルの制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

推奨するRFテスト機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Agilentの測定セットアップ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項 . . . . . . . . . . .9

テストに関する注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

伝送スペクトラム・フラットネス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

推奨するRFテスト機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Agilentの測定セットアップ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項 . . . . . . . . . .11

テストに関する注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

トランスミッタのコンスタレーション・エラー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

推奨するRFテスト機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Agilentの測定セットアップ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項 . . . . . . . . . .13

テストに関する注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

トランスミッタのスペクトル・マスク . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

推奨するRFテスト機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

Agilentが推奨するテスト手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項 . . . . . . . . . .15

テストに関する注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

仕様外のトランスミッタ測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

ACPR/ACLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

最大出力パワー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

スプリアス／高調波 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

レシーバのテスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

レシーバの感度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

推奨するRFテスト機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Agilentの測定セットアップ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Agilent E4438C（N7613Aソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項 . . . . . . . . . . .18

関連カタログ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Webリソース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

目次

このアプリケーション・ノートは、RFエンジニアを対象としています。ここでは、802.16-2004に規定されている256搬送波OFDMエア・インタフェースの基本的なRF特性とAgilentテスト・ソリューションのRFパラメトリック測定技術について説明します。

802.16-2004規格は、4種類のエア・インタフェースについて記述しています。これらのインタフェースのうちの1つは、見通し外通信、11 GHz未満のRF周波数、30 kmまでの距離に最適です。この規格では、このPHYレイヤ（物理層）を公式には無線MAN-OFDMとしていますが、多くの人たちはWiMAXエア・インタフェースと呼んでいます。このエア・インタフェースは、256搬送波OFDM、1.25 MHz～20 MHzの帯域幅、11 GHzまでの搬送波周波数を基本特性としています。

はじめに

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WiMAXエア・インタフェースでは、基本的なOFDMシンボルは256ポイントのFFTをベースとしています。他のOFDMシステムと同様に、これらの256の副搬送波の部分はガードバンド用に確保され（未使用）、中心周波数搬送波はRF搬送波のフィードスルーの影響を受けやすいので使用されていません。WiMAXでは、実際には200の副搬送波しか用いられていません。これら200の搬送波のうちの192はデータ用に、8搬送波はパイロットとしてそれぞれ割り当てられています（図1を参照）。パイロット搬送波は常にBPSK変調され、データ搬送波はBPSK、QPSK、16 QAMまたは64 QAMされます。

システムは、帯域幅に関係なく、1.25 MHz～20 MHzの帯域幅を使用するように構成することができます。シンボルには必ず200の搬送波が含まれます。狭帯域幅システムの場合、これは、副搬送波が隣接していることを意味し、シンボル周期は相対的に長くなります（シンボル周期は、1/副搬送波間隔と定義されます）。これらの隣接する搬送波と長いシンボルは、マルチパスなどのチャネル障害の解消に有効です。この長いシンボル周期がWiMAXシステムと無線LANシステムの重要な差別化要因で（相対的に短いシンボル）、WiMAXが長距離および見通し外通信に威力を発揮する理由です。

WiMAXエア・インタフェース

図1：OFDM副搬送波

8つのBPSKパイロット

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WiMAXシステムは、TDD、FDDまたは半2重FDDとして配備できます。図2は、基地局と加入者機器がそれぞれ同じRF周波数で送信するTDD構成の典型的なフレームを示したもので、時間単位で区切られています。基地局がダウンリンク・サブフレームに続けて、送信／受信遷移間隔（TTG）と呼ばれる短い間隙を送信すると、個々の加入者はアップリンク・サブフレームを送信します。加入者は、基地局到着時に伝送が互いに重なり合わないように、正確に同期がとられます。すべてのアップリンク・サブフレームの後に、受信／送信遷移間隔（RTG）と呼ばれる別の短い間隙が割り当てられるので、基地局は再び送信を開始することができます。

各アップリンク・サブフレームの前にはプリアンブルが付加されています。これは、「短いプリアンブル」と呼ばれ、基地局が個々の加入者に対して同期をとることができるようにします。

ダウンリンクについて見てみると、ダウンリンクのサブフレームは常にプリアンブルで始まり、後にヘッダ、1つ以上のダウンリンク・バースト・データが続きます。これらのダウンリンク・バーストは、通常、バースト内の複数のシンボルで構成されます。各バースト内の変調方式は一定ですが、バーストによって変調方式が異なる場合があります。BPSKやQPSKなどの信頼性の高い変調方式を使用するバーストを最初に送信してから、信頼性の低い変調方式（16/64 QAM）のバーストを送信する必要があります。4種類の変調方式がすべて存在しているダウンリンク・サブフレームの場合は、BPSK、QPSK、16 QAM、64 QAMの順番でなければなりません。

図2：ダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレーム

1フレーム（5、10、20 ms）

ダウンリンク・サブフレーム（基地局） アップリンク・サブフレーム（加入者）

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アップリンクとダウンリンクの両方向での伝送はすべて、必ずプリアンブルで始まります。このプリアンブルは、レシーバのトランスミッタとの同期化を実現すると共に、チャネル予測に用いられます。ダウンリンク伝送は、長いプリアンブルで始まります。長いプリアンブル（図3）は、QPSK変調方式の2個のシンボルで構成されます。最初のシンボルは、使用可能な200の搬送波のうちの50搬送波（第4副搬送波ごと）を使用し、2番目のシンボルは200の搬送波のうちの100搬送波（すべての偶数番号の副搬送波）を使用します。これらのプリアンブル・シンボルは、ダウンリンク・サブフレーム内の他のすべてのシンボルより3 dB高いパワーで伝送されるため、レシーバはより簡単に確度の高い復調／デコードを実現できます。「短いプリアンブル」は、各アップリンク・バーストの先頭に用いられます。短いプリアンブルは、100のQPSK搬送波（すべての偶数番号の副搬送波）で構成される単一のシンボルです。多くのシンボルを含む極端に長いダウンリンク・バーストを使用する場合は、ミッドアンブル（短いプリアンブル）をダウンリンク・バースト間に挿入するのが最適です。この短いプリアンブルは、レシーバが再同期して、追加チャネル予測を実行するのに有効です。

プリアンブルの後にフレーム制御ヘッダ（FCH）が続きます。このFCHは、BPSK変調方式の単一のシンボルとして実装されています。このシンボルには、基地局IDなどの重要なシステム情報を表す88ビットのオーバハード・データと、レシーバがサブフレームをデコードするのに必要なダウンリンク・バースト・プロファイルが含まれています。FCHには、ネットワークまたはダウンリンク・プロファイルを完全に記述するだけの情報は含まれていません。しかし、レシーバがダウンリンク・バーストのデコードを開始できるだけの情報は含まれています。

ダウンリンク・バーストには、コントロール・メッセージだけでなく、ユーザ・データも含まれています。各ダウンリンク・バーストには1個以上のシンボルが含まれ、バースト内の各シンボルには12～108バイト（変調方式とコーディング・ゲインによる）のペイロード・データが含まれます。表1に、変調方式とコーディング・ゲインの7通りの組合せを示します。これらの各組合せの場合、シンボルごとに一定量のペイロード・データが必要です。

図3：長いプリアンブル

長いプリアンブル

50のアクティブ QPSK搬送波

100のアクティブ QPSK搬送波

シンボル1 シンボル2

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表1：変調方式／コーディングの組合せ

変調方式 RSコード CCコード 全体の コード化されていない コード化されたコーディング ブロック（バイト） ブロック（バイト）

BPSK （12,12,0） 1/2 1/2 12 24QPSK （32,24,4） 2/3 1/2 24 48QPSK （40,36,2） 5/6 3/4 36 4816 QAM （64,48,8） 2/3 1/2 48 9616 QAM （80,72,4） 5/6 3/4 72 9664 QAM （108,96,6） 3/4 2/3 96 14464 QAM （120,108,6） 5/6 3/4 108 144

表1には、ペイロード・データからIQマッパに送られる実際のビット数を入手するためのコーディング・プロセスが示されています。必要に応じて、ペイロード・データが整数のシンボルにマッピングするのに適切なブロック・サイズになるように、パディングによってビットを追加します。ランドマイザはデータと擬似ランダム・ビット・シーケンスのXOR演算を行い、一部の1を0に、一部の0を1に切り替えます。このランドマイザは、ペイロード・データ内の1または0の長い文字列を除去します。末尾に1バイト追加されますが、これはReed-Solomon/コンボリューショナル・コーディング用です。これらのコーディング・ステップは、順方向エラー訂正を実現するため、デジタル通信システムに一般的に用いられているコーディング方法です。こうしたコーディングによって冗長データが付加されるため、欠落または破損しているビットを簡単に識別して修正することができます。

コーディングの最後のステップは、次の2つのステップで実行されるインタリービングを伴います。インタリービングの最初のステップは、ビット順を変更して、隣接するビットが隣接する搬送波にマッピングされていないことを確認することです。これにより、チャネル帯域幅が一種のスプリアスまたは帯域制限雑音によって部分的に劣化した場合、隣接するビットが失われる可能性が減少するため、エラーが減ります。インタリービングの2番目のステップは、元の隣接するビットがIQコンスタレーション上のポイントに交互にマッピングされるように、ビットを並べ替えることです。64 QAMなどのI/Q変調では、各IQポイントは複数ビットのデータを表すため、これらのビットの一部については他のビットより検出しやすくなります（より信頼性が高くなります）。インタリービングが終わると、コード化されたビットがIQコンスタレーションにマッピングされ－100～＋100の搬送波番号が付けられます。

図4：チャネル・コーディング

ペイロード・ データ

I/Qマッパへ

0xFF パディング ランドマイザ

0x00末尾 バイトの追加

Reed- Solomon

コンボリュー ショナル・ コーダ

インタリーバ

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トランスミッタ／レシーバのデザインを簡略化するため、FCH/DLデータ・バースト内のシンボルはすべて同等のパワーで伝送されます。シンボルは4種類の変調方式（BPSK、QPSKなど）を使用するため、各シンボルからの平均シンボル・パワーがほぼ等しくなるように、それぞれをスケーリングする必要があります。図5は、BPSK、QPSK、16 QAM、64 QAMのシンボルが含まれている1つのフレームの実測IQコンスタレーションを示したものです。このダイアグラムからは、各変調方式が個別にスケーリングされていることが分かります。また、個々のIQポイントが整列していないため、86個すべての離散IQポイント（64 QAM＋16QAM＋4 QPSK＋2 BPSK）が確認できます。このような測定は、デザイナが振幅スケーリングまたはIQ変調の問題領域をすばやく確認するのに有用です。プリアンブル・バーストはこうしたFCH/ダウンリンク・バースト・シンボルより3 dB高いということを思い出してください。プリアンブルはデコードされてチャネル予測や同期化に用いられますが、これらのシンボルはこのIQコンスタレーションの表示画面には示されていません。

図5：Agilent 89600 によるWiMAXダウンリンク・フレームのIQ測定

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RF特性評価

DUTの制御

トランスミッタのテスト

システム全体の性能は、厳密に仕様化／規制されたRF特性に依存します。これらのRF仕様については、802.16-2004と『WiMAX認証』の両方のドキュメントで定義されています。Agilentでは、RF仕様のそれぞれの検証に最適なテスト・ソリューションを豊富に取り揃えています。本書の後半では、RFトランスミッタ／レシーバ測定についての説明、およびAgilentが推奨する各測定に最適なテスト手順やテスト・ソリューションについても説明します。Agilentが推奨するテスト手順やテスト・ソリューションはガイドラインとなるものですが、それぞれのニーズに応じて変更することもできます。

RFパラメトリック・テストの条件は802.16-2004に規定されていますが、DUTの制御方法については規定されていません。ほとんどのデバイス・メーカは、システムの通常動作中に使用されるMAC/プロトコル制御とは関係なく、トランスミッタ／レシーバの動作を制御できる専用のDUT制御ソフトウェアとDUTテスト・モードを実装しています。これらの専用のテスト・モードは、通常のMAC/プロトコル処理によるリンクの確立やエア・インタフェースの制御が不必要なオーバヘッドなしに実行でき、再現性のある測定が行えるように最適化されています。

トランスミッタの要件については、IEEE 802.16-2004の8.3.10項および8.5.2項に規定されています。これらのテストには、以下が含まれます。

● 8.3.10.1：伝送パワーレベルの制御● 8.3.10.1.1：トランスミッタのスペクトラム・フラットネス● 8.3.10.1.2：トランスミッタのコンスタレーション・エラー● 8.5.2：伝送スペクトル・マスク（無許可帯域運用用）● さらに、ACPR、最大出力パワー、スプリアス、高調波などの一部の主要なトランスミッタ測定については、802.16-2004では規定されておらず、デバイスが配備される場所によって異なる「地方条例」に委ねられています。

図6：トランスミッタ測定用の典型的な接続図

メーカ固有の 無線制御 ソフトウェア 無線制御 RF

無線送信機 スペクトラム・ アナライザ

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伝送パワーレベルの制御 基地局と加入者局は、既定の範囲全体にわたって出力パワーを調整できなければなりません。基地局の最小調整範囲は、10 dBでなければなりません。この場合、加入者局の最小調整範囲はすべてのデバイスで30 dB、サブチャネル化対応のデバイスの場合で50 dBでなければなりません。これらの範囲内のステップ幅は最低1 dB、30未満のすべてのステップの相対確度は±1.5 dBでなければなりません。それ以上のステップの相対確度は±3 dBです。

表2：伝送パワーレベル制御仕様

ステップ幅 相対確度

1～30 dB ±1.5 dB＞30 dB ±3 dB

推奨するRFテスト機器● Agilent E4440A PSAシリーズ・スペクトラム・アナライザ/Agilent 89600シリーズ・ベクトル信号解析（VSA）ソフトウェア（オプションB7S WiMAX解析ソフトウェア搭載）

Agilentの測定セットアップこの測定の場合、DUTをさまざまな出力パワー設定値に設定する必要があります。RFテスト機器を使って、各DUTパワー設定の相対パワーを正確に測定します。

1. 適切なプリアンブルとデータ・バーストで構成されるフレーム構造を使って、有効な出力パワーで伝送するようにDUTを設定します。

2. 推奨するテスト機器を使って、データ・バーストのDUT出力パワーを測定／記録します。

3. ステップ2を繰り返して、パワーアンプの切り替えポイント（PAのオン／オフが切り替わるパワーレベル）を詳しく調べます。測定データをデバイスの出力パワーの期待値と比較します。

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項次ページに示されている表示画面から分かるように、VSAソフトウェアは、フレーム内の各バーストごとにパワー測定の結果を表示します。表示画面には、プリアンブル、FCH、各データ・バーストごとに個別のパワー測定結果が表示されます。確度を高めるには、多くのシンボルが含まれているバーストを使用します。これにより、サンプル全体へのアベレージングが可能です。

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トランスミッタのスペクトル・フラットネス

テストに関する注意事項送信信号は、ほとんどの場合がプリアンブルとその後に続くデータ・バーストです。プリアンブル・シンボルは、データ・バーストより3 dB高いパワーで伝送されます。振幅はフレーム全体を通して変化するため、測定が正しく実行されるように注意する必要があります。基準測定の実行時に、データ・バーストのパワーと別にプリアンブル・パワーを記録します。さらに、信号の出力レベルの変更時には、新しいプリアンブル・パワーとデータ・バースト・パワーを初期基準測定と個別に比較します。802.16-2004規格では、送信信号のどの部分をこの測定に使用するかについては特に規定していませんが、このテストは比測定なので、基準測定が正しく実行されていれば有効です。

システムの通常動作中は、アップリンク／ダウンリンク伝送はすべて、プリアンブルで始まります。レシーバはプリアンブルに依存してトランスミッタと同期をとり、各種チャネル予測／イコライゼーション・プロセスを実行するため、プリアンブルは重要な役割を持っています。プリアンブルは、QPSK変調方式を使用し、BPSKパイロットは組み込まれていません。このため、プリアンブルは、副搬送波全体にスペクトルのフラットネスを指定するのに最適です。

802.16-2004規格では、「チャネル予測ステップ」（プリアンブル）によってデータを得ることを明記しています。仕様では、「隣接する副搬送波間の絶対差が0.1 dBを超えてはならない」としています。プリアンブルでは、200の副搬送波のうちの1/2または1/4だけが使用されるため、プリアンブル内における隣接する搬送波の間隔は、データ・バーストより広くなります。

表3：トランスミッタのスペクトラム・フラットネス仕様

スペクトル線 スペクトラム・フラットネス

－50～－1/＋1～＋50のスペクトル線 すべてのアクティブ・トーンにアベレージングされた測定エネルギーから±2 dB

－100～－1/＋1～＋100のスペクトル線 すべてのアクティブ・トーンにアベレージングされた測定エネルギー＋2 dB/－4 dB

隣接する副搬送波 ±0.1 dB

図7：ダウンリンクのサブフレームのパワー測定

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推奨するRFテスト機器● Agilent PSAシリーズ/VSAソフトウェア（オプションB7S WiMAX解析ソフトウェア搭載）

Agilentの測定セットアップ1. 適切なプリアンブルを含むフレーム構造を使って、有効な出力パワーで伝送す

るようにDUTを設定します。2. 推奨するテスト機器を使って、DUTのスペクトラム・フラットネスを測定しま

す。各副搬送波の相対振幅を隣接する副搬送波と比較する必要があります。3. さまざまなバンド端で、性能に限界がある可能性のあるRF周波数およびパワー

レベルについて、ステップ2を繰り返します。

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項VSA解析ソフトウェアには、プリアンブルのフラットネスを測定するのに最適なチャネル・イコライゼーション機能があります。典型的なレシーバとほぼ同様に、解析ソフトウェアはチャネル予測にプリアンブルを使用します。チャネル予測のステップの1つが、プリアンブルの周波数応答（周波数フラットネス）の測定です。この測定では、プリアンブルのスペクトラム・フラットネスが測定されます。

以下に示されているのは解析ソフトウェアの表示画面で、プリアンブルを補正して完全なフラットネスを実現するために必要なイコライザの応答が示されています。スケーリングは0.05 dB/divなので、この応答は、0.1 dBの搬送波間のフラットネス仕様の範囲内です。

この測定で用いられたプリアンブルには、偶数番号の搬送波だけが含まれています。奇数番号の搬送波に対するチャネル応答を予測するために、ソフトウェアは隣接する2つの偶数番号の搬送波の間に簡単なリニア補間を使用します。副搬送波間の相対フラットネスを測定するために、トレース・データをスプレッドシートにダウンロードして許容範囲と比較することが簡単にできます。

図8：Agilent 89601Aを用いた場合のスペクトラム・フラットネス／チャネル周波数応答

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トランスミッタのコンスタレーション・エラー

テストに関する注意事項規格ではこの測定をプリアンブルに関してのみ規定していますが、BPSK/QPSK変調副搬送波の振幅はすべて同じなので、BPSKまたはQPSK変調がかかっているデータ・バースト（プリアンブルではなく）を使って、トランスミッタの特性を評価することができます。

このテストは、トランスミッタの変調精度の測定です。レシーバが最小限のデコード・エラーで信号を復調できるようにするには、確度の高いトランスミッタ変調が必要です。この測定は、他の多くのデジタル通信規格に用いられているエラー・ベクトル振幅（EVM）に似ています。802.16では、相対コンスタレーション・エラー（RCE）が記述されています。この規格では、特定のアルゴリズムが定義されています。この測定方法によって各コンスタレーション・ポイントの振幅誤差が測定され、実効値によって複数のシンボル、フレーム、パケットにアベレージングされます。

7つのバースト・プロファイル（変調／コーディング方式）にはそれぞれRCE仕様があり、dB単位で表されます。下の表は、各バースト・プロファイルの許容RCEを示したものです。

表4：トランスミッタのコンスタレーション・エラー仕様

バースト・タイプ 相対コンスタレーション・エラー（dB）

BPSK－1/2 －13.0QPSK－1/2 －16.0QPSK－3/4 －18.516 QAM－1/2 －21.516 QAM－3/4 －25.064 QAM－2/3 －28.564 QAM－3/4 －31.0

推奨するRFテスト機器● Agilentスペクトラム・アナライザ（Agilent E4440Aなど）とWiMAX解析ソフトウェア（89600オプションB7S）

Agilentの測定セットアップ1. 有効なサブフレーム（プリアンブルの後にデータ・バーストが続く）を伝送する

ようにDUTを設定します。2. 推奨するテスト機器を使って、DUTの相対コンスタレーション・エラーを測定

します。3. さまざまなバンド端で、RF周波数、変調方式、パワーレベルについて、ステッ

プ2を繰り返します。

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Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項以下に示されている表示画面には、VSAソフトウェアのコンスタレーション・エラーに関する測定結果が示されています。グラフィック出力（トラブルシューティングに有効）とRCE計算の結果を数値で表した表形式の関数が表示されます。この計算は、Demod Properties設定で定義したすべてのシンボルのアベレージング結果です。

図9：IQコンスタレーションのグラフィック表示

図10：RCE結果の数値表示

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トランスミッタのスペクトル・マスク

テストに関する注意事項解析ソフトウェアのMeasSetup＞Demod Propertiesから、測定結果の計算に使用する捕捉RF信号内のシンボルを指定できるので、特定の変調方式の特定のシンボルを選択することができます。変調方式によってRCE仕様が異なるため、必ず適切な選択をする必要があります。802.16-2004規格では、シンボル内のすべてのアクティブ搬送波をコンスタレーション・エラーの計算に用いることを規定しています。これがVSAソフトウェアに実装されているアルゴリズムです。

このテストでは、トランスミッタのスペクトル・プロファイルを測定して、割り当てられているチャネル帯域幅の外にデバイスが過剰なエネルギーを送出していないことを確認します。WiMAXは、地方条例で規制されている周波数帯域に配備される予定です。しかし、これらの条例は厳密に統一されていないため、802.16仕様では「無許可」以外の運用についてはスペクトル・マスクを規定していません。ここに定義されている測定手順は同じですが、特定の制限についてはユーザが決定する必要があります。これは、デバイスが配備される場所によります。

下の図は、802.16「無許可」運用のスペクトル・マスク仕様を示したものです。

推奨するRFテスト機器＊ Agilentスペクトラム・アナライザ（E4440Aなど）とWiMAX解析ソフトウェア（89600オプションB7S）

Agilentの測定セットアップ1. 有効なプリアンブルとデータ・バーストを使ってサブフレームを伝送するよう

にDUTを設定します。2. 推奨するテスト機器を使って、DUTのスペクトル出力を測定します。3. さまざまなバンド端で、RF周波数、変調方式、パワーレベルについて、ステッ

プ2を繰り返します。

図11：スペクトル・マスクと制限値

チャネル化（MHz）

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仕様外のトランスミッタ測定

Agilent 89600（WiMAX解析ソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項推奨するテスト構成では、さまざまな分解能帯域幅／ビデオ帯域幅を選択して、スペクトル出力を測定／表示します。このソフトウェアでは「合否判定テスト」は行われませんが、スペクトルが推奨するスペクトル・マスクより上か下か目で見て簡単に確認できるトレース・ラインを定義することができます。

テストに関する注意事項トランスミッタの出力パワーが低い場合は、通常、デバイス・トランスミッタがチャネル内パワーを50 dB下回るマスクを持つことは妥当ではなく、必要ありません。スペクトル・マスク規定には、通常、こうした低レベル測定の最低必要チャネル外パワーを指定する絶対下限値（dBm単位）があります。

ACPR、最大出力パワー、スプリアス、高調波などの一部の主要なトランスミッタ測定については、802.16-2004では規定されておらず、「地方条例」に委ねられています。許容範囲はデバイスが配備される場所によって異なりますが、ここで説明する一般的なテスト方法は、ほとんどの状況に応用できます。

ACPR/ACLR隣接チャネル漏洩電力（ACPR/ACLR）は、隣接するチャネルまたはオルタネート・チャネルに「漏れている」トランスミッタのエネルギーの尺度です。トランスミッタが伝送エネルギーをすべて割当てチャネル内に保つことができれば理想的ですが、現実には少量のトランスミッタ・エネルギーが他の隣接するチャネルに流れてしまいます。スペクトラム・アナライザは、こうした測定に最適です。

先ず、チャネル内パワーを測定します。その後で、1チャネル離れた周波数オフセットにアナライザが再調整し、「漏洩」電力が測定します。これら2つの測定の違いがACP比です。これは通常、30 dB～80 dBの範囲内です（アプリケーションによって異なります）。隣接チャネル漏洩電力の測定時に、チャネル内の信号を除去するだけの性能がアナライザ自体にない場合もあります。このような場合には、特殊なノッチ型フィルタを使って、チャネル内の漏洩電力を抑えながら、小さなチャネル外信号を測定します。

最大出力パワーWiMAXアプリケーションの場合、最大出力パワーは、地方条例によって運用帯域に応じて規定されています。通常の運用では、トランスミッタは一般に、システムが正常に機能できるだけのパワーしか伝送しません。それ以上の出力パワーは、システムやハンドヘルド・デバイスに余計な干渉を引き起こし、過剰な出力パワーはバッテリを無駄に消耗する原因となります。パワー・メータやスペクトラム・アナライザなどのテスト機器は、出力パワーの測定に最適です。

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スプリアス／高調波典型的なRF出力部には、不必要な「内部」信号の伝送を抑制するフィルタ装置がいくつかあります。内部信号は、通常の信号作成過程（ミキシング、変調、増幅など）の不要な副産物です。これらの信号は、通常、高調波かスプリアス信号に分類されます。高調波は1次トランスミッタ周波数の整数倍数であるため、高調波が現れる周波数を予測することは簡単です。スプリアス信号は、通常、発振器またはクロック周波数と1次トランスミッタ出力の内部ミキシングによって生じるイメージ周波数です。

デバイスのブロック図を理解することは、スプリアス・エネルギーの発生源を知るのに有用ですが、「スプリアス・サーチ」を使ってデバイス全体の出力スペクトラムをスキャンして、スプリアス・エネルギーを検出する方法が一般的です。スペクトラム・アナライザは、高調波とスプリアスの両方の測定に最適な測定器です。一般に、高調波は最低でも第5高調波まで測定します。つまり、3.5 GHz信号の場合は、最低でも17.5 GHzのスペクトラム・アナライザが必要です。

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レシーバのテスト

レシーバの感度

レシーバの要件については、IEEE 802.16-2004の8.3.11項に規定されています。これらのテストには、以下が含まれます。

● 8.3.11.1：レシーバの感度● 8.3.11.2：レシーバの隣接／オルタネート・チャネルのノイズ除去● 8.3.11.3：レシーバの最大入力信号● 8.3.11.4：レシーバの最大許容信号● 8.3.11.5：レシーバのイメージ除去

これら5種類のレシーバのテストはすべて、ここで説明するレシーバの感度テストのバリエーションとして実行できます。レシーバの隣接／オルタネート・チャネルのノイズ除去テストでは、追加RF信号源を妨害信号として追加する必要があります。この妨害信号源は、OFDM変調方式のコンフォーミング信号でなければなりません。

このテストでは、変調／コーディング方式、SNR、入力レベルなどの既知の信号条件を用いてレシーバの性能を測定します。これらの指定条件を用いる場合は、レシーバが1×10－6未満のBERでデータ・ビットをデコードできなければなりません。特定のデータ・パターンについては、IEEE 802.16-2004の8.3.11.1項に規定されています。下の表は、各種帯域幅／変調方式のテスト条件をまとめたものです。

表5：レシーバ感度仕様（dBm）

変調／コーディング速度

帯域幅 BPSK QPSK 16 QAM 64 QAM

1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4

1.75 MHz －93.7 －90.7 －88.9 －83.7 －81.9 －77.4 －75.73.5 MHz －90.7 －87.7 －85.9 －80.7 －78.9 －74.4 －72.77.0 MHz －87.6 －84.6 －82.8 －77.6 －75.8 －71.3 －69.610.0 MHz －86.1 －83.1 －81.3 －76.1 －74.3 －69.8 －68.120.0 MHz －83.0 －80.0 －78.2 －73.0 －71.2 －66.7 －65.0Rx SNR（dB） 6.4 9.4 11.2 16.4 18.2 22.7 24.4

図12：レシーバ・テスト用構成

WiMAX Signal Studioソフトウェア

E4438C

ベンダ固有の無線制御／BERソフトウェア

RF信号源 無線受信機 RF

無線制御／ ペイロード・データ

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推奨するRFテスト機器● Agilent E4438C ESGベクトル信号発生器オプション403（AWGN）/N7613AWiMAX用Signal Studioソフトウェア

Agilentの測定セットアップ1. アプリケーション・ソフトウェアを使って、前ページの表に定義されているテ

スト信号を作成するようにRF信号発生器を設定します。DUTに対するRF入力レベルが重要です。RF信号源の出力とDUTの入力の間のケーブル損失は、RF出力レベルを表に示されている値より高くすることによって補正する必要があります。

2. 802.16-2004規格に規定されている特殊なデータ・パターンが含まれた連続するパケット・ストリームを受け取り、デコードするようにDUTを設定します。DUTは、BERを計算するか、受け取ったデータ・ビットを期待値と比較することによってBERを算出することができるBERテスト・セットに外部からデータ・ビットを送らなければなりません。BERの計算は、順方向エラー訂正が含まれていない完全にデコードされたペイロード・データで実行されます。

3. 有効な変調／コーディング速度すべてについて、このテストを繰り返します。

Agilent ESG信号発生器（Signal Studioソフトウェア搭載）を使用する場合の注意事項802.16-2004に明記されている特殊なデータ・パターンは、WiMAX用Signal Studioソフトウェアに組み込まれています。オプション403搭載のESGは、AWGN雑音をデジタル方式で追加し、高確度のSNR/出力パワーレベルのテスト信号を作成する機能も装備しています。ペイロード・データ・レートはシステムの帯域幅、変調方式、コーディング速度によって大きく異なるため、このテストを実行するのに要する時間も異なります。QAM変調方式の広帯域幅システムの場合は1、2秒のデータしか必要ありませんが、BPSKまたはQPSK変調方式の狭帯域幅システムの場合は最低でも7秒間は実行する必要があります。

Signal StudioソフトウェアにはMAC PDUエディタが組み込まれているので、ユーザはさまざまなデータ選択を設定できます。IEEE 802.16-2004の特殊なペイロード・データも含まれています。図13は、Signal StudioソフトウェアのMAC PDUエディタを示したものです。

図13：MAC PDUエディタ

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関連カタログ 『89600 Series Vector Signal Analysis Software 89601A/89601AN/89601N12, Data Sheet』カタログ番号5989-1786EN

『E4438C ESGベクトル信号発生器, Data Sheet』カタログ番号5988-4039JA

『89600 Vector Signal Analyzers, Data Sheet』カタログ番号5988-7811EN

『89600 Series Vector Signal Analysis Software WiMAX, Demonstration Guide andApplication Note』カタログ番号5989-2029EN

『無線LANにおけるAgilentのイコライゼーション技術とOFDMのトラブルシューティング, Application Note 1455』カタログ番号5988-9440JA

参考資料『IEEE 802.16-2004 Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems』

Webリソース

追加情報ついては、以下のサイトをご覧ください。www.agilent.com/find/wimax

May 2, 20055989-2027JAJP

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