WiFi和蜂窩會聚在單個手機中,使得用一個標準、一個網絡和一個裝置可以在室內和室外接入語音和數據。

大多數蜂窩電話制造商,包括Nokia和Motorola,正在推出支持蜂窩和WiFi接口的雙模手機。預計2009年將有4億部WiFi使能手機。傳輸話音—數據通信的流行標準是UMA(非特許移動接入)。

UIMA擴展GSM/GPRS服務到WiFi和其他室內無線網絡。它包含通過寬帶IP網絡(包括像WiFi這樣非特許的無線電網絡)隧道貫穿的GSM/GPRS協議。幾個蜂窩電話制造商和服務提供商開發了UMA規范。遵從UMA的裝置將選擇最適合的網絡—蜂窩或WiFi,通常室內自動選擇WiFi、室外選擇蜂窩。

分組話音傳輸

VoWiFi(通過WiFi傳輸話音)需要以數據分組形式,在WiFi 上發送數字化話音信號。話音數據分組必須在標準時間間隔(通常每20ms)到達其目的地,以使失真最小。網絡基礎結構必須保持分組損耗、延遲和抖動(分組之間的延遲變化,會導致重建信號的失真)在所要求的限制內。

隨著話音通過WiFi基礎結構傳輸,接入點(AP)、Ethernet開關、路由器和網關的分組損耗、延遲和拉動加起來會降低信號質量,特別是話務擁擠時更是這樣。數據信號通過手機和基礎結構傳輸時,優選分組損耗、延遲和抖動性能的幾個VoWiFi協議為：

QoS(服務質量)協議(IEEE802.11e規定)按優先序排列發送話務。

進入控制協議(802.11e)保持同步易管理運行呼叫數。

快速漫游協議(802、11r)使得手機從AP到AP開關時,突發分組損耗最小。

智能安全協議,如預鑒別(802.11i)在漫游前,使能手機與鄰近AP鑒別來降低漫游時間。

無線電資源管理協議(802.11k)通過預發現所有鄰近AP、它們的距離和呼叫能力,使手機能做出快速漫游決定。

圖1 AP呼叫能力測試配置

VoWiFi測試方法

在VoWiFi測試中,制造商必須驗證WiFi手機和基礎結構的特有協議特性,也必須在可控和可重復的狀態下測量這些產品的延遲、抖動分組損耗性能。ITU-TG、107標準為Internet基礎結構(包括AP,開關和路由器),延遲(500ms)和分組損耗率(20%)總限制提供保證。對于單個AP網絡,一般可接受的限制是：等待時間小于50ms,抖動小于5ms、漫游時間小于50ms、分組損失率小于1%。

決定VoWiFi手機可用性的另一個重要因數是WLAN系統功耗,WLAN子系統對于所有操作模式,必須能提供最佳的滿足手機要求的電池壽命。WLAN網絡需要在所有的時間保持接收輸入話音呼叫,與此相關的話務周期特性需要在不節省功率的模式之間迅速轉換,并使WLAN的功率最佳化。

VoWiFi測試可以編制進基礎結構測試、手機測試和系統測試中。基礎結構測試測量WiFi Alliance 依從性、分組損失、延遲、抖動、協議適應性和在背景負載中所呈現的呼叫能力。這最后一項測試需要計算話音流中的MOS(由ITU—P.800規定的話音質量平均評價分數)

手機測試測量漫游性能、區域與MOS關系、協議適應性、WiFi Alliance依從性和功耗。系統測試臨近具有多手機漫游和可控背景話務的多AP系統性能。

合格的WiFi手機和基礎結構需要克服露天測量問題。在WiFi手機處于移動時,進行露天測量實際上是困難又費時、易出錯的。WiFi測試的一種方法是手機和被測AP放置在屏蔽和濾波的小型隔離室中,隔離室提供到內部被測器件的濾波Ethernet、串行和RF連接。為了實行802.11無線電全動態范圍,在測試設置中架設電纜的RF環境必須在器件間至少提供110dB隔離。

放置在這種小室中的無線裝置連接到可編程RF衰減器、組合器和開關網絡中,允許自動地評估相對于其他用戶的裝置移動和放置在系統中的AP。當被測裝置受可控制的移動、話務和信道條件支配時,在軟件控制下可以“移動”和精確定位裝置,使測試能實行新的話音協議和其他功能。

圖3 (a)手機工作區域測試

(b)話音質量與通路損耗的關系

基礎結構測試

基礎結構測試應該測量AP、開關和其他基礎結構裝置,在有背景數據信息量情況下,轉送和按優先排序列話務的通力。基礎結構測試的一個實例是話音質量的測量,話音質量是呼叫負載和背景信息量的函數。測試配置(圖1)包括兩個WiFi用戶仿真器,仿真器可以仿真來自多WiFi PC或手機的信息量。用戶仿真器必須支持IEEE802.11QoS協議,所以,在背景負載范圍內呼叫負載可以按優先排序列。

當發送信息量時,用戶仿真器可以測量通過被測量基礎結構的分組流的轉送率、分組損失、延遲和抖動。為了測量呼叫,一個仿真器仿真話音用戶,產生話音分組流;另一個仿真器仿真來自一般PC用戶或其他手機的背景信息量。

手機測試

手機的重要測試包括話音質量(通路損耗的函數)測量和漫游時間測量。對于VoWiFi來講,漫游性能是一個重要問題,因為在WiFi網絡中,AP密度可能高達每平方英尺1個AP,漫游可能在幾秒就會發生。

在漫游期間,WiFi手機通過源AP繼續通信,并通過目際AP開始通信。此過程導致分組漏失脈沖,并對話音質量大大不利。IEEE和WiFi Alliance正在討論50ms漫游時間限制問題。

漫游測試測量漫游時間和分析手機的漫游性能。手機通過可編程衰減器連接AP(圖2a),強使手機處于控制方式,從一個AP到另一個AP漫游。1組衰減器開始設置到最小,而另1組衰減器設置到最大,這樣,手機從AP1接收一個強信號,而AP2開始超出手機范圍。AP1和手機之間的衰減器逐漸增大,而手機和AP2之間的衰減器逐漸減少,AP1移出手機范圍,而AP2處在手機范圍,因而強制漫游。

在測試期間,在源和目標信道上同時采集漫游數據,圖2b示出漫游過程的每位相的時間。隨著手機和AP1之間的連接變壞,手機數據率下降(tTRANSITION)。手機開始掃描另一個AP(TSCAN)。與AP2有關的測量時間是tASSOCIATE,重新開始數據轉換所用時間是tDATA。漫游時間 (tROAM)等于漫游最后數據傳輸和漫游后第一個數據傳輸之間的時間。

工作區域與質量的關系

WiFi手機工作區域必須在可控條件下進行測量,而手機與AP之間衰減是變化的。手機工作區域測試配置(圖3a)是漫游測試配置的一個子裝置。它包含手機和AP之間可變衰減,同時測量話音質量與通路損耗的關系。工作區域測試配置手機和AP間衰減器在手機動態范圍內接收話音流。數據監控器收集分組損失、延遲和抖動統計量,用ITU—TG.107標準來計算R-Factor。R-Factor然后變換為MOS并作圖表示與通路損耗的關系(圖3b)。

WiFi蜂窩手機能否趨向成功依賴于話音如何良好地工作在WiFi數據網絡中。WiFi話音應用的QoS、快速漫游、功率最佳化和其他要求已推動IEEE開始規定一些新的802.11協議。