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王炎 于力:TD-SCDMA移动终端测试研究


http://www.sina.com.cn 2004年11月01日 17:34 新浪科技

  王炎 于力

  信息产业部电信研究院通信标准研究所MTNet

  摘要:基于CDMA2000 1X技术的第三代移动通信系统的发展战略,类别CDMA 1X在中国的移动终端一致性测试,提出TD-SCDMA移动终端的测试是非常必要的。本文除了着重介绍
一致性测试原理,一致性测试的方法,还提出了TD-SCDMA在中国的发展背景及其局限性。

  背景:

  近年来,一致性测试是国际上非常关注的,也是发展较快的一个研究领域。所谓一致性测试就是验证协议实现与相应的协议标准的一致性。例如:目前在信息产业部电信研究院MTNet实验室开展的CDMA 1X的CDG测试就是属于一致性测试。这项测试的开展是为了适应CDMA蜂窝技术在我国的发展,保证不同厂家的系统和移动台在网络内能够互通,保证中国的国内开发有据可依,为运营商保证质量。TD-SCDMA作为中国首次提出的具有自主知识产权的国际3G标准, 采用了智能天线、接力切换、动态信道分配、上行同步等先进技术,从开始就显示出了许多不可比拟的优势。在多方关注和共同努力下, TD-SCDMA技术进展迅速:由信息产业部MTNet实验室和企业的主要研发机构测试的同时,它也成功地走向了户外演示。随着3G标准的呼之欲出,研究终端标准和终端系统设备的测试成了当务之急众矢之的的任务。参考3GPP的文件、WCDMA的测试规范和UE测试仪表的开发进展,结合信息产业部MTNet实验室的现有环境,制定适合中国国情的测试项目的计划正在稳步进行中。在完成基本电信业务和数据业务的同时,发挥TD-SCDMA特有的技术完成更强大的功能。其中,解决TD-SCDMA移动终端设备协议非一致性问题将成为整个系统演进过程中一个不可忽略的因素。因此,积极开展TD-SCDMA移动终端一致性测试技术的研究,提供标准的、实用的一致性测试方法和工具,以准确地验证移动终端设备的各项技术、信令和性能要求具有重要意义。

  一、一致性测试的原理

   协议一致性测试实质上是利用一组测试序列,在一定的网络环境下,对被测协议实现(IUT)进行黑盒测试,通过比较IUT的实际输出与预期输出的异同,判定IUT在多大程度上与协议描述相一致,确立通过一致性测试的IUT在互联时成功率的高低。根据一致性测试方法论的规定,测试标准包括3部分:抽象测试集(ATS)、协议实现一致性说明(PICS)和协议实施附加信息(PIXIT)。

  来自于规范,是描述测试过程的文本。每个ATS规定某一标准协议的测试目的、测试内容和步骤,所以ATS的形成决定了测试的质量。PICS说明实施的要求、能力及选项实现的情况;PIXIT提供测试时必须标明的协议参数,其具体步骤如下。

  ①IUT的PICS分析 对IUT进行IUT的静态一致性要求SCR检查,分析该PICS与有关标准指定的SCR是否一致。

  ②测试选择 PICS和PIXIT被用来从一致性测试集中选取适当的测试例,并使用PIXIT提供的信息来量化这些测试例,从ATS生成可执行测试集ETS,最终产生参数化的可执行测试集ETS。

  ③测试执行 使用ETS对IUT进行一致性测试,形成详细的测试报告。

  ④IUT的最终一致性考查 综合已知的PICS和PIXIT分析与测试结果,获得IUT关于标准要求的一致性结论,记录在一致性测试报告中。

  二、无线接口协议

  TD-SCDMA移动通信系统的无线接口被划分为3个协议层:物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)。

  物理层由下行物理信道和上行物理信道组成;数据链路层接受物理层的服务,并向网络层提供服务,它分为媒质接入子层(MAC)、无线链路控制子层(RLC)、分组数据集中协议子层(PDCP)和广播/多播控制子层(BMC)。MAC子层控制无线信道的接入信令过程。RLC子层提供无线接口的逻辑链路控制。BMC-SAP子层在无线接口的用户平面对公共用户数据提供广播/多播服务。PDCP子层完成将上层协议映射成下层的无线接口协议特性,使上层的协议具有透明性,PDCP层还提供协议控制信息的压缩和解压缩。网络层和RLC又分为控制平面和用户平面,PDCP和BMC只存在于用户平面中。网络层控制平面的最低层为无线资源管理子层(RRC),负责处理移动终端和无线接入网(RAN)之间在网络层控制面的信令,网络层控制平面的高层为移动性管理子层(MM)、呼叫控制子层(CC),分组交换移动性管理子层(GMM)和会话管理子层(SM),属于非接入层。

  三、测试方法介绍

  从TD-SCDMA技术出发,应该不仅给用户提供普通的电话业务和功能还应该根据自身的无线性能指标和所支持的协议更安全更丰富的业务。普遍意义上讲,终端测试应包括以下这些内容:

  ·业务功能测试

  ·无线指标测试

  ·协议信令测试

  ·其他测试

  1、业务功能测试

  (1)UE人机界面基本要求

  作为被叫时主叫号码的显示、呼叫进展信号指示、国家/PLMN指示、键盘、开关、中文支持能力、电话号码存储功能、信号强度指示等作为终端的基本功能作了要求。以上这些都是作为商用终端的基本要求。

  (2)业务测试

  包括基本电信业务、承载业务、并发业务和补充业务。

  ·基本电信业务包括话音业务,紧急呼叫和点对点短消息业务。

  ·承载业务:电路域多媒体业务:应能支持兼容H.324m可视电话终端接入,和PLMN或PSTN、ISDN网络的H.324m可视电话终端,进行多媒体可视电话通信。多媒体业务采用BS30承载业务进行承载。

  ·CS/PS并发业务AMR话音和PS数据共存业务组合测试。

  ·补充业务各种补充业务如无条件呼叫前转、遇忙前转和无应答前转等。

  (3)漫游功能测试

  主要分为不同厂家TD-SCDMA系统间漫游和TD-SCDMA/GSM系统间漫游

  2 无线指标测试

  由于TD-SCDMA同样是被国际认可的3G标准,所以在无线指标方面大致与其他标准相同,包括三部分:

  (1)发射机测试,包括UE最大输出功率、频率容限、最小输出功率、占用带宽、邻道泄漏抑制比、杂散辐射、发射互调、矢量幅度误差(EVM)、峰值码域误差等。

  (2)接收机测试,包括参考灵敏度电平、最大输入电平、邻信道选择性、杂散辐射等。

  (3)无线性能测试,包括静态传播条件下的解调、各种不同衰落条件下DCH解调性能要求等。

  TD-SCDMA特有的智能天线技术以及带宽明显不同,使得测试项目和指标有些不同,以下仅列举了比较有特色的几个项目并指出了不同点。

  1)最大输出功率

  最大输出功率对于不同的功率等级是不一样的,国内都是采用功率等级3,单码道12.2kbps最大输出功率的容限为+21±2.7dBm;双码道12.2kbps最大输出功率的容限为+18±2.7dBm。

  2)频率容限

  对于TDD模式并不要求测试时终端达到最大发射功率,仅仅是在基站模拟器发射功率为-108dBm的时候测量,要求频率误差在*(0,1ppm+10Hz)。

  3)邻道泄漏抑制比(ACLR)

  对于1.28Mcps的LCR-TDD模式,带宽为1.6MHz。所以测试点选择为UE-channel ±1.6 MHz和UE-Channel ±3.2 MHz。

  4)发射互调

  对于LCR-TDD模式,干扰信号CW的频率偏移为±1.6MHz和±3.2MHz。

  5)上行功率控制

  此测试项目是TDD模式独有的测试项目,主要测试目的是验证UE接收机以尽可能小的上行功率达到网络要求的链路质量的能力。

  本项测试初始设置PCCPCH的功率为-60dBm,调整DPCH常量使UE发射功率达到5dBm,并且稳定5s后,改变PCCPCH的功率为-70dBm。由于1.28Mcps TDD模式一个帧包含两个子帧,在两个子帧的第一个时隙和最后一个时隙分别测量UE的发射功率。在PCCPCH的功率刚刚发生变化的时候两个子帧的第一个时隙发射功率为15dBm,最后一个时隙发射功率为5dBm。在发生变化后的第20帧的两个子帧的第一个时隙发射功率为15dBm,最后一个时隙发射功率为15dBm。

  3、协议信令测试

  协议信令测试部分,保证UE的信令、协议的一致性、规范化。这部分测试主要包括三个部分:3G网络的基本功能、电路域基本过程和分组域基本过程。

  (1)3G网络业务的基本功能

  在UE的Idle模式基本操作对不同PLMN选择、小区选择;系统信息接收;RRC层功能和安全模式控制和功率控制包括了上行闭环功率控制和上行开环功率控制等相关项目。

  (2)电路域基本过程

  电路域基本过程包括位置更新和呼叫控制。其中位置更新包括IMSI附着周期性位置更新正常位置更新等。呼叫控制要求UE应支持呼叫的建立及释放过程,包括UE发起呼叫(MOC)、UE被呼(MTC)以及UE发起语音呼叫释放、数据呼叫及网络发起的语音呼叫释放等项目。

  (3)分组域基本过程

  分组域基本过程包括移动性管理和会话管理。移动性管理主要有GPRS附着/分离和周期性路由区更新。会话管理UE发起的PDP上下文激活、UE发起的PDP上下文去激活、PS域,UE主叫、PS域,UE发起呼叫释放等项目。

  在3G网络业务的基本功能中,小区选择和重选、接力切换两部分的测试过程比较有特色。

  ·小区选择和重选

  TD-SCDMA系统中,当UE开机以后小区选择和重选过程是这样执行的:

  1)UE开机时的小区选择分为储存信息的小区选择和初始化小区选择。

  当UE中存有PLMN指定的小区信息时,执行储存信息的小区选择,如果未找到合适的小区,则进入初始化小区选择过程;

  如果UE中没有储存PLMN指定的小区信息,或者执行储存信息小区选择过程中,未能找到合适的小区,则执行初始化小区选择过程。

  2)在UE进行更优小区重选时,采取小区重选评估过程。

  在小区重选中,依据当前系统中是否使用HCS(Hierarchical Cell Structure),小区分级结构,分为两种算法,H算法和R算法。系统通过系统参数中的相应字段告知UE是否使用HCS。如果使用HCS,则UE采用H算法,否则采用R算法。

  H算法中,UE将按照各个小区的优先等级来决定登录到哪个小区;R算法中涉及到两个判别参数:Qhyst1滞后功率值和Qoffset1相邻小区偏移,UE将接收到的邻小区功率等级加上这两个判别参数,再与当前服务小区的功率等级作比较,从而决定登录到邻小区还是保留在当前服务小区。

  ·接力切换

  TD-SCDMA系统使用了上行同步,智能天线和联合检测等技术后,系统可以判断UE的所处位置,甚至于可以判断UE的移动方向。利用对UE位置和移动方向的估计,系统可以充分做好切换前的一系列准备,随后通知UE进行切换。这就是接力切换。

  由于接力切换的工作机理,接力切换可以实现同频或异频的切换。在作UE测试时,可以针对同频和异频两种情况进行接力切换的测试。为使接力切换顺利进行,系统中的参数设置应在测试前设置好,并将系统切换策略更改为接力切换。

  4 其他测试

  (1)电磁兼容(EMC)

  电磁兼容测试方法和测试要求应遵照3GPP TS34 .124中的相关内容,包括传导辐射、杂散辐射等。

  (2)环境适应性

  主要指对UE进行低温、高温、恒定湿度以及振动跌落条件下的测试。

  (3)电池性能测试

  此测试两个前提条件:1 UE电池已充满电;2网络的TD-SCDMA信号强度在UE天线连接处P-CCPCH RSCP为-75dBm。测试项目包括待机时间和UE通话时间。

  (4)RF安全标准

  目前国际上普遍采用的标准是SAR值 SPECIFIC ABSORPTION RATE,它指的是人体单位质量吸收的射频功率。我国渐渐加强了对于移动终端安全方面的测试,SAR方面的测试也将逐步开展。为顺应技术的发展,信息产业部科技司及时推出了相关测试要求和测试方法的标准《无线通信终端电磁辐射测量方法》,进行SAR方面的测试,暂行依照此方法进行。

  四、制约TD-SCDMA UE测试的因素

  目前,TD-SCDMA技术还处于不断发展发展和壮大的过程中。发展过程中某些实际状况,例如技术的实现、UE设备、测试设备的不完善,制约了现阶段TD-SCDMAUE测试的进程。

  1、双模UE

  由于目前还没有双模UE,所以TD-SCDMA/GSM间的PLMN自动选择、RAT间小区重选、TD-SCDMA->GSM系统间切换,TD-SCDMA/GSM系统间漫游等相关项目目前还不支持。

  2、状态模式

  目前TD-SCDMAUE仅支持Idle状态和CELL_DCH状态,所以对CELL_FACH状态下的UE对更新的系统信息的接收、CELL_PCH状态下的UE对更新的系统信息的接收都做了可选的规定,以备将来TD-SCDMAUE成熟后,支持其他的CELL_FACH、CELL_PCH状态。同样周期性小区更新、小区重选引起的小区更新等相关项目暂时也不能测试。

  3、UE功能

  有一些项目列入多方通话、视频流业务等,也暂不能测试。对UE视频流业务来说,UE协议目前支持视频流业务,只是尚未有很好的UE视频流业务应用软件。

  4、仪表

  对一些无线指标测试如输出功率的失步处理、阻塞特性、互调特性等,目前缺少适合的测试仪表,也暂不能测试。

  五、总结

   TD-SCDMA移动通信系统使用了智能天线、联合检测、上行同步和接力切换等先进技术,代表未来移用通信技术最重要的发展方向。因此,结合软件无线电理论,针对智能天线、联合检测等空时处理技术,在进行UE测试时,应根据这些技术在完成普通电话和基本电信业务的同时选择典型测试项目进行相应的测试。为确保其移动终端的接入及业务的正常提供,对移动终端设备进行协议一致性测试是十分必要的。TD-SCDMA移动终端协议一致性测试集的编制和测试软件的开发将为研究开发移动通信产品及运营网络的操作维护提供理想测试。随着对TD-SCDMA测试规范的深入研究,抽象测试集ATS将得到进一步的充实,更进一步地保证经过测试以后的移动终端能够达到最大的一致性。

  参考文献:

  [1] 3GPP TS34.108,Common Test Environ-ments for UE Conformance Testing[S].2000.

  [2] 3GPPTS34.123,UEConformance Specifica-tion[S].2000.

  [3] 3GPPTS34.109,TerminalLogicalTest In-terface;Special conformance testing func-tions[S].2000.



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