动态频率选择(DFS)测试要求与解决方案

摘要　首先介绍了5 GHz频段无线通信设备的动态频率选择（DFS）技术，然后根据北美和欧洲的相关标准和规范，深入分析了DFS的测试要求，并提出了DFS测试的系统解决方案，最后阐述了DFS的测试现状。

随着无线通信技术的蓬勃发展，工作在2.4 GHz ISM频段的设备数量快速增长，使得这一频段日渐拥挤，设备间干扰也越发严重，因此，各厂商都竞相开发工作在更高频段的无线通信设备，为顺应这一需求，各国政府陆续开放了5 GHz的免许可频段。

然而，5.25～5.35 GHz和5.47～5.725 GHz是全球雷达系统的工作频段，为了避免工作在5 GHz频段的无线通信设备对雷达系统造成干扰，各国对这些设备的要求除了功率、频谱等常规项目以外，还特别增加了对动态频率选择（DFS：Dynamic Frequency Selection）特性的要求。

目前，北美、欧洲、加拿大、澳大利亚、日本以及韩国都已对DFS进行了强制要求，不能通过DFS测试的5 GHz设备（例如802.11a、802.11n设备）将不能进入市场进行销售。文章将针对北美和欧洲的DFS测试要求展开讨论，并给出DFS测试的系统解决方案。

1、DFS测试要求

从根本上说，DFS是一种信道分配方案，设备通过DFS功能动态地选择或改变工作频率，以避免其对其他系统，尤其是雷达系统的干扰或避免其他系统对自身的干扰。

FCC Part 15 Subpart E规定，工作在5.25～5.35 GHz和5.47～5.725 GHz的U-NII（Unlicensed National Information Infrastructure）设备，应当具备DFS雷达检测机制。ETSI EN 301 893标准也对工作在此频段的设备做出了相同的要求。另外，加拿大、澳大利亚和亚洲的日本、韩国也都对DFS制定了相应的标准和规范。由于工作在5 GHz频段的无线通信设备类型较少，目前，DFS测试的对象主要是802.11a、802.11n等工作在5 GHz频段的Wi-Fi设备。应Wi-Fi联盟的要求，FCC还专门发布了备忘录FCC 06-96，对DFS的测试进行了详细规范。

表1分别列出了FCC和ETSI标准中的DFS测试项目。

表1　FCC和ETSI标准中的DFS测试项目列表

各测试项的测试内容说明如下：

（1）工作信道的均匀分布：要求被测设备（UUT：Unit Under Test）在5.25～2.35 GHz和5.47～5.725 GHz频段等概率地选择工作信道。

（2）雷达信号检测带宽：从UUT工作信道的中心频率开始，以1 MHz步长增加（或减少）雷达信号频率，观察UUT的反应，直到UUT无法检测到雷达信号，以获得UUT能够检测到的雷达信号的频率范围。

（3）初始信道可用性检测时间：UUT在完成开机操作后，应该对当前工作信道进行1分钟检测，观察UUT的信道检测机制，UUT应当在完成1分钟的信道检测之后才开始发送射频信号。

（4）信道可用性检测：UUT在完成开机操作后，将对当前工作信道进行1分钟检测，本测试项要求在1分钟信道检测时间的最初和最后时刻在UUT工作信道发送雷达信号，由于雷达信号的出现，UUT在完成1分钟检测之后，应当不在该信道发送射频信号。

（5）信道迁移时间：UUT与其相关联的设备进行业务传输时，在UUT工作信道发送雷达信号，从雷达信号停止发送开始计时，UUT（如果UUT是主设备，则包括与之相关的所有从设备）应当在限定时间内停止在该信道进行业务传输。

（6）信道停止传送时间：UUT与其相关联的设备进行业务传输时，在UUT工作信道发送雷达信号，从雷达信号停止发送开始，在该信道上的传输时间总和不能超过限值。

（7）信道不可占用周期：UUT在某一信道检测到雷达信号之后，不能在该信道进行业务传输的时间限值。

（8）检测门限统计性能测试：在UUT工作信道以规定的电平值发送指定的雷达信号，该测试需要在相同的条件下重复进行多次，以统计UUT能够检测到的雷达信号的概率。

从表1中可以看出，ETSI的DFS测试项目是FCC的子集，那么是不是产品只要通过了FCC的测试，就不必再依据ETSI标准进行测试了呢?FCC与ETSI测试的区别体现在什么地方呢?

对于第一个问题，答案是否定的。FCC与ETSI的DFS测试的最大区别体现在对雷达信号的选择上，表2和表3分别给出了FCC和ETSI对雷达脉冲信号的要求。

表2　FCC规范DFS测试的雷达信号要求

表3　ETSI标准DFS测试的雷达信号要求

2、DFS测试解决方案

由于DFS测试开始的时间较晚，目前国际上还没有统一的测试方案，文章将结合FCC和ETSI的DFS测试要求，给出一套DFS的测试系统解决方案，可用于实现DFS的全自动测试。

尽管FCC和ETSI对雷达信号的要求不同，但对于相同的测试项目，二者的测试方法一致。因此，本小节将重点针对FCC的测试要求阐述DFS测试系统的构成和工作原理。DFS测试系统连接框图如图1和图2所示。

图1　主设备/带DFS功能的从设备的DFS测试框图

图2　从设备DFS测试框图

DFS测试中被测设备类型被分为三类，不同类型的UUT使用不同的测试连接方案。主设备（Mas-ter）使用图1所示的系统解决方案，测试过程中向UUT发送雷达信号，测试结果显示为UOT在雷达信号出现前后的时域波形变化。对于不带DFS功能的从设备（Client），可使用图2给出的系统解决方案，测试过程中，向与UUT相关联的Master设备发送雷达信号，在Master-设备对雷达信号做出反应后，观察UUT的行为，测试结果显示为整个信道在雷达信号出现前后的信号时域波形变化。对于带有DFS功能的从设备，根据测试项目的不同，分别选择图1或图2进行测试系统连接。

无论测试使用的是哪种测试连接方式，框图中各设备所起的作用不变。矢量信号分析仪的作用包括两方面，一是在调试产生雷达信号阶段验证各种雷达信号，特别是线性调频脉冲（Chirp）雷达信号的频域和时域波形是否满足测试要求；另一方面，用来显示和记录测试结果。仪表选用R&S公司的FSQ26。

对于雷达信号发生器，尽管目前市场上能够产生脉冲信号的设备非常多，但由于测试时使用的雷达脉冲信号特殊，信号的多种参数都需随机选取，且雷达信号参数的变化很快（微秒级），还要控制脉冲信号的个数，目前，没有任何一款脉冲信号发生器能够直接产生DFS测试所需的信号。本系统选用了R&S公司的脉冲信号发生器SMF100A，通过对其进行编程控制，产生测试需要的雷达信号。

主控PC上装有测试软件，能够控制雷达信号发生器按照要求在指定的时间发送雷达信号，并同时控制信号分析仪正确地记录测试结果。

图中另外两台控制/显示计算机的作用，就是用来与UUT之间传送指定的视频业务流，监控视频业务流的传输情况，并能实时跟踪被测设备的工作状态。由于本测试对时间精度要求很高，铷钟能够为信号源和频谱分析仪提供良好的参考时间信号，提高测试精度。

在进行测试时，UUT的输出功率设置在最大值，通常大于20 dBm，而雷达干扰信号的强度则低于-60 dBm，为了能够在测试结果图中准确分辨出雷达信号与UUT的信号，不能将频谱分析仪、雷达信号发生器以及被测设备简单地连接在一起进行测试，测试系统将通过调整各个衰减器的衰减值，使频谱仪上显示的各个信号的强度关系为：雷达信号最大，UUT信号其次，而与UUT进行关联的设备信号强度最低。

3、DFS的测试现状

欧洲的ETSI EN 301893标准从2003年8月的V1.2.3版本开始，加入了对DFS功能的测试要求，并于2004年开始进行DFS的测试；亚洲的日本和韩国也于2005年开始进行DFS的测试；美国的FCC则在2006年2月公布，凡是2006年7月20日之后申请的5 GHz频段U-NII认证设备，必须满足FCC Part 15.407中规定的DFS要求；另外，澳大利亚的标准AS/NZS4268:2003+A1:2004中也对DFS进行了要求，而加拿大已经在RSS 210中提出了DFS要求，但具体的测试方法以及用于测试的雷达信号类型还在进一步的制订当中。

4、结语

从各国对DFS的测试要求看来，今后工作在5 GHz频段的无线通信设备，只要其工作信道落入了雷达系统的工作频段，都需要具备DFS功能。目前DFS的测试在国内还处于初始阶段，人们对DFS的测试内容、测试方法等还缺乏较深入的理解。文章深入分析了DFS的测试要求和测试方法，并给出了DFS系统解决方案，对5 GHz频段设备的DFS认证测试工作具有重要的参考价值。