（通信与信息系统专业论文）cdma2000基站系统自动化测试工具的初步研究与开发.pdf

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 众所周知，计算机软件应用日益广泛和深入，自动化测试及其软件的 应用也层出不穷。如何提高应用软件的质量，保证软件可靠性是一个涉及面 广、难度很大的课题。软件测试则是软件质量保证中的关键技术，而自动化 测试及其软件的开发和应用更是适应市场和商业发展的迫切需要。 本文针对通讯产品的测试需求，以及分析国内外在对c d m a 2 0 0 0 基站 系统自动化测试研究、应用和发展的基础上，对自动化测试技术进行了研 究，并提出了一种专门应用于c d m a 2 0 0 0 基站系统的自动化测试工具一一 系统测试实验室( s y s t e mt e s tl a b ) 。 本文所设计的方案实现了自动化测试。该工具为c d m a 2 0 0 0 基站测试 搭建了一个自动化平台，采用定制了测试任务的脚本方式运行，该“测试脚 本”为简单的结构化脚本；从定制了任务的“测试脚本”的输入、脚本的自动 运行和测试结果自动返回三个方面来减少测试者的非本质工作( 如：大量的 重复性的手动操作) ，提高了测试的效率，同时缩短了基站开发的周期。 本文所介绍的s y s t e mt e s tl a b 适用于c d m a 2 0 0 0 基站系统的系统测 试。此工具的“测试脚本”可以按照需求灵活的进行现场编辑的优点使得测试 内容比较充分。该工具的多用户特性，为系统的性能测试提供了平台，并且 统计其指标，以便进行分析，更好的改善基站系统。 由于功能模块化设计，系统架构在t c p ，i p 上，底层硬件驱动与上层应 用分开设计，这样的设计易于扩展，对后续设计( 功能或硬件的增加) 提供 了极大的方便，很好的适应了c d m a 2 0 0 0 后续基站的测试需要。 关键词c d m a 2 0 0 0 ：自动化测试；多手机：衰减器 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a se v e r y o ek 1 1 0 w s ，c o m p u t e rs o n w a r ea p p l i c a t i o nb e c o m e sw i d e l yu s e d ，a s w e l la sa u t o m a t i o nt e s ta i l di t ss o r w a r ea p p l i c a t i o n h o wt oi l i | p r o v et h eq u a l i t y o ft h ea p p l i c a t i o ns o r w a r e ，a n de n s u r ei t sr e l i a b i l i t yi sam u l t i a s p e c t sa n d d i m c u l ti t e m s o r w a r et e s ti st h ek e yt e c h n o l o g yt oe n s l l r es o r w a r eq u a l i t yt h e d e v e l o p m e n ta n d 印p i i c a t o no ft h ea u t o m a t i o nt e s ta i l di t ss o n w a r ea r em o r e i m 口e r i o u sd e m a n d e di no r d e rt oa d a p tt ot h em a r k e ta i l dc o m m e r c ed e v e l o p m e m c o n s i d e r i n 2t h et e s td e n l a n do fc o l m u n i c a t i o np r o d u c ta n db a s e do nt h e a n a l v s e so ft h ea u t o m a t i o nt e s tr e s e 盯c h ，a p p l i c a t i o na l l dd e v e l o p m e n tf o r c d m a 2 0 0 0b a s es t a t i o ns u b s y s t e ma th o m ea 1 1 d 曲r o a d ，t h i sp 印e rs t u d i e si n a u t o m a t i o nt e s tt e c h n o l o g y a tt h es 锄et i m e ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h et o o lo f a u t o m a t i o nt e s tf o rc d m a 2 0 0 0b a s es t a t i o ns u b s y s t e m s y s t e mt e s tl a b t h ed e s i g ns c h e m ep r e s e m e di nm i sp a p e rr e a l i z e sa u t o m a t i o nt e s t t h et 0 0 1 b u i l d sa na u t o m a t i cp l a t ef o rc d m a 2 0 0 0b a s es t a t i o ns u b s y s t e mt e s t i n g ，r u n s b yc a r r y i n gs c r i p tw i t ht e s tt a s k t h e “t e s ts c r i p t ”i ss i m p l em o d u l a r i z a t i o ns c r i p t nn o t0 n l vr e d u c e st e s t e r sn o n e s s e n t i a lw o r k ( e x 锄p l ef o rp l e n t i m l r 印e t i t i o u s m a n u a io p e r a t i o n ) b u te i l h a n c e st e s te 伍c i e n c yi nt h r e ea s p e c t s ：c a r r y i n gs c r i p t w i mt e s tt a s ki n p u t ，p e r f o n n i n gs c r i p ta n dr e t u m i n gt e s tr e s u l ta u t o m a t i c a l ly ，t h e s a m et os h o r t e nd e v e l o p i n gb a s es t a t i o np e r i o d s y s t e mt e s tl a ba p p l i e sf o rt h ec d m a 2 0 0 0b a s es t 砒i o ns u b s y s t e ms y s t e m t e s t i n g t h em e r i to ft h e “t e s ts c r i p t m a ye d i tf l e x i b l ya c c o r d i n gt o t h es p o t d e m a n dc o u l dm a k et e s ti t e mp e r f o r n l i n gm o r es u m c i e n t l y t h em u l t i u s e r s c h a r a c t e ro ft h et o o lp r o v i d e st h es y s t e mac a p a b i l i t yt e s tp l a t f b h na n di t si n d e x t h a tm 呔e sa i l a l y s e se a s i e ra i l di m p r o v e st h eb a s es t a t i o ns u b s y s t e 】nb e t t e r f u i l c t i o nm o d u l 撕z a t i o n ，s y s t e mb n i l d i n go nt c p 毋a n dd i v i d i n gb e t w e e n b o t t o mh a r d w a r ed r i v e ra i l du p p e r 印p l i c a t i o n ，t h e s ed e s i g i l sa r ee a s yt oe x p a n d f o rt h ef i l t l l r e ( f u n c t i o no rh a r d w a r ei n c r e a s i n g ) a i l dm e e tt h ed e m a n do ft h e f u t u r ec d m a 2 0 0 0b a s es t a t i o ns u b s y s t e mt e s t i n g k e y w o r d sc d m a 2 0 0 0 ；a u t o m a t i o nt e s t ；咖l t i m o b i l ep h o n e ；a t t e n u a t o r i i 1 1 序言 第1 章绪论 随着科学技术的发展，为节约资源，特别是人力资源，这样计算机应 用日益普及并不断深化，自动化测试及其软件的应用也层出不穷。如何提高 应用软件的质量，保证软件可靠性是一个涉及面广、难度很大的课题。软件 测试则是软件质量保证中的关键技术，而自动化测试及其软件的开发更是适 应市场和商业发展的迫切需要。 软件测试是为了发现错误而执行程序的过程，测试的目的是发现程序 中的错误和优化软件设计，是为了证明程序有错，而不是证明程序无错。在 软件开发过程中，分析、设计与编码等工作都是建设性的，惟独测试是带有 ”破坏性”，测试可视为分析、设计和编码3 个阶段的”最终复审”【1 1 。软件测 试一般分为手工测试和自动化测试。手工测试需要测试者进行大量的工作， 例如，测试数据的输入，测试执行过程的干预，以及对测试结果的大量的数 据的分析。然而这些工作非常繁琐，而又必要的。自动化测试技术就是为了 减少测试者大量的非本质的工作而产生的，使得测试者可以有更多的时间从 事测试设计上，提高测试效率。 自动化测试是一项贯穿于整个软件开发生命周期的活动。自动化测试 相当于一项与策略、目标规划、测试需求定义、分析、设计、开发、执行和 评估活动相关的开发活动。自动化测试即为各种测试活动的管理和实施一包 括测试脚本的开发和执行，以便使用一种自动化测试工具来验证测试需求。 成熟的自动化测试机制，可以在机器空闲时间，通过“按钮触发”执行夜间测 试。自动化测试是可重复的，在相同的序列中使用完全相同的输入再进行测 试，而有些手工测试中是不能保证的。自动测试可以做到即使最小的改动也 可以以最小的代价进行全面的测试，在需要频繁修改大量程序的环境中，自 动化测试进行重复测试的开销是最小的。重复测试设法验证改进后的系统或 软件产品提供的功能是否到达功能需求，自动化测试便于重复测试以非常有 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 效的方式执行1 2 j 。 然而，自动化测试并不能解决所有问题，自动测试没有发现任何故障 并不意味着软件没有故障，因为所进行的自动测试可能不全面，或自动测试 本身就有故障。自动化测试不是万能的，它不能取代手工测试，不可能所有 的测试活动或测试进行自动化；并非所有手工测试都应该自动化，当测试需 要频繁运行时才需要将测试自动化。 自动化测试的本质在于减少测试过程中的非本质的活动，把更多时间用 于测试设计当中去，使得重复测试可以自动化的进行。自动化测试可以大大 促进软件测试的质量和产品化 3 】。 对于c d m a2 0 0 0 基站系统目前屏蔽室环境( 即指隔离外间干扰，比如 外界的射频信号，而进行的系统性能测试环境) 一般只能进行单手机有线测 试( 所谓有线测试是指在基站和终端手机之间增加一个“测试控制模块 t c m ”，这条射频链路通过电缆有线连接代替无线射频到终端手机) ，且是 手动的，测试繁琐，效率不高，多手机测试只能在无线环境下测试，但无线 环境的链路是不可知的，也不可能对其控制。为此，需要将无线变成有线， 通过射频电缆将手机接到基站系统的射频端口，这样通过在其中加入衰减 器，控制衰减器进而控制了基站到手机的发射信号，从而模拟了实际的无线 环境。这样，需研发一套将多个手机射频信号通过电缆连接到系统的测试系 统( 称为多手机有线环境，也称为系统测试实验室，s y s t e mt c s tl a b ，简称 为s t l ) ，其基本思路是各个( 组) 手机通过不同的电缆连接到一个( 或多 个) b t s ，各个( 组) 手机与不同的b t s ( 基站收发接收器) 的连接电缆通 过衰减器控制，衰减器自动变化，可以仿真现场的各种无线环境。也即本文 针对c d m a2 0 0 0 基站系统测试中，如何能有效模拟现场环境以及自动的进 行测试来设计和阐述。 建立一个多手机有线环境，是为尽可能的模拟现场的无线环境。在实验 室测试，以期设置各种参数并找出问题，并有利于进行版本测试等各种常规 测试。因此建立一套“多手机”有线环境很有必要，也即开发一套自动化测试 工具，以进行基站“系统测试”，主要包括“有线切换测试”、“业务钡0 试”和 “无线性能测试”，可以通过设置手机参数、前后台同步资源的设置【3 ”，如 调平t r x ( 射频信号收发单板) 、修改邻区和自动调节衰减器的设置，显示 手机返回的状态信息，进行业务跟踪，以达到自动化测试的目的。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1 2 自动化测试工具研究 自动化测试贯穿于整个软件开发生命周期的全过程。一般认为计算机软 件的生命期可分为需求分析、设计、程序编写、测试、运行和维护等五个阶 段。测试阶段本身是软件质量得到最后保证的关键性阶段。但如果就这样认 为测试和其它几个阶段绝对隔离是危险和低效的。实际上，越来越多的实践 证明：在需求分析和设计阶段，测试工程人员就有一定的参于和动作对于完 成整个测试工作大有益处。换句话说，自动化测试本身有其生命周期，可以 认为自动化测试生命周期是一个微型的系统开发生命周期【2 】。 图1 1 表示了系统开发生命周期和自动化测试生命周期之间的相互关 系。 图l 一1 自动测试周期和系统开发周期的关系2 1 p i c t l i r e1 ，1r 七1 a n o n s h i po f m ea u t o m a t i ct e s ta n ds y s t e md e s i g np e r i o d s 【2 通过这个基本模型，可将自动化测试工具按以下几个阶段分类： 1 、需求定义阶段 从测试行为的角度看，需求定义是进行“确认测试”的基础。该阶段使用 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 的与测试行为有关的工具主要为需求管理工具。需求管理工具使项目需求可 以迅速而有效地被捕捉，需求本身可以通过文本编辑器或格式化语言进行记 录，另外，需求也可以通过使用诸如v a l i d a t o 扔沁q 这样的工具进行图形模 型化。模型化需求的一个方法还包括“用例”，“用例”的格式可以多样化( 比 如t ，t x t ，+ x i s ) ；用例结构定义了系统行为或其它语义实体，每食用例说明 行为，包括变量的顺序。需求管理工具中有代表性的工具是r a t i o n a l r e q u i s n ep r 0 和r e c o n c i l e 俐。前者为基于w i n d o w s 的需求管理工具，通过 连接m i c r o s o nw o r d 完成对需求的组织，在项目整个生命周期提供可跟踪性 和变更管理。后者是c o m p u w a r e 自动化测试套件q a c e n t e r 【s 】工具组成之 一。r e c o n c i l e 项目需求管理工具，是模拟真实环境自动测试建立的基础。 2 、分析和设计阶段 从测试行为上看，分析和设计所产生的结果是系统进行“集成测试”的 基础。软件提供商在该阶段主要提供的工具包括结构图、流程图和顺序图的 产生工具、应用设计工具以及专为数据库应用使用的数据库设计工具。第一 类为我们熟悉的工具如s i o 和f 1 0 w c h a n e r 7 。应用设计工具的作用为定义 软件结构，面向对象的分析，模块化，设计和构建，代表性工具为r a t i o n a l r o s e ，其为面向对象的可视化建模工具。数据库设计工具可分为专用型和通 用型两类，前者如0 r a c l e d e v e l o p e r 2 0 0 0 ，后者如e 刑i n l 2 j 。 3 、编程阶段 编程的具体行为建立在前期系统设计和详细设计的基础上。除代码走读 外，在编程阶段使用特定的测试工具，如内存泄漏检查等进行测试是软件自 动化测试的主要内容之一。编程阶段使用的工具通常包括：检测运行时错误 和内存泄漏和运行时错误检测工具：验证可维护性，轻便性，复杂性，循环 复杂性以及标准性源代码检查工具、描述代码的质量和结构静态和动态分析 器以及自动化单元测试过程的单元测试工具【4 j 。 4 、度量阶段 通常包括代码( 测试) 覆盖分析工具或代码工具和度量报告工具。前者 鉴别未测代码，支持动态测试；后者读取源代码和显示度量信息，通常使用 图形格式。其根据数据流、数据结构和控制流报告复杂性度量。其也根据模 块、操作符和算子提供有关代码大小的度量。该工具可以帮助程序员校正和 修饰代码，也可帮助测试工程师决定软件代码的哪个部分需要特别注意口j 。 5 、测试阶段 与编程和度量阶段所使用的工具比较，具体的测试阶段所使用的工具更 哈尔浜工业大学工学硕士学位论文 议可能找不到相应的协议测试仪；测试用例更改困难。 2 、商用自动化测试工具 现在市场上有很多的测试工具，这些测试工具都是通用的工具，能适用 用于很多方面，但是正是这种通用性，使得测试工具不可能根据c d m a 2 0 0 0 系统自身的特点进行有效的测试。这些通用工具，所做工作都只是很 少的一部分。而且，测试工具的价格非常的昂贵，维护的费用高。 3 、自制测试工具 依据c d m a2 0 0 0 系统的特点：消息交互和嵌入式，测试人员针对具体 的协议的实现编写各种专门的测试程序。这种方式可以充分利用c d m a 2 0 0 0 的特点，对系统进行有效的测试。测试工具的具有很强的专用性，开 发成本低。 从以上几种方案的分析中，可以看出自制测试工具使得c d m a2 0 0 0 开 发的质量和成本之间到达了综合的解决，也是目前在实验室内解决重复和频 繁测试( 比如关键的“切换测试”) 之不足特点的最好决择。因此，本文作者 从c d m a2 0 0 0 基站的系统特点入手，综合利用该系统的特性，设计和实现 了一种专用于c d m a2 0 0 0 基站系统的自动化测试工具( s v s t e mt e s tl a b ) 。 s y s t e mt e s tl a b 自动化测试工具利用c d m a2 0 0 0 系统的特点从测试的输 入、输出和结果分析入手，减少了手工测试的负担，而且可以方便地进行重 复测试，体现了自动化测试的基本思想，代替了测试者的大量非本质的工作 ( 例如参数的修改设置、测试结果的观测和分析等等) 。它有主要以下特 点： 1 、基于脚本运行 通信设备为了完成某一通信业务，要求通信协议在多个网络实体之间完 成特定的信令交互过程，在实现上通常表现为有限状态机( f s m ) ，对等网 络实体表现为基于时间的数据( 信令) 序列的接受和发送，进而实现特定的 业务。在本文中，采用了脚本的机制，实践证明这种机制非常适合于重复测 试，具有简单易懂、操作方便、能够处理判断等简单逻辑等特点。 2 、多用户 本文中用户的概念是指通信协议对象中的逻辑实体，在实现中可以表现 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 为业务用户( 也即多手机) ，也可以是为达到测试的目的而实现的纯逻辑单 元。在实际的通信网络实体中，用户容量般都比较大，因此，本设计中相 应实现了多用户功能。使用者可以在实际应用中根据需要选择其中的部分或 全部用户。 3 、负载测试 本文提出的测试工具可以实现对通信网络实体的负载测试功能。利用本 文支持的多用户特性，在测试时同时启动大量用户，形成期望的负载量，从 而达到对通信网络实体进行负载测试的目的。测试工具支持完善的统计和记 录功能，自动计算呼叫次数等常用测试参数，完成负载测试产生测试结果的 统计、分析工作。 4 、测试管理和自动测试 在本测试工具中，测试用例是以脚本的形式存在的，测试工具提供测试 用例的创建、编辑、存储、删除、查询等管理功能，还提供测试用例的动态 执行、对执行结果的记录、统计分析等功能，因此，在本测试工具中可以完 成测试用例库管理和基于一定测试用例集的自动测试功能，此处“一定测试 用例集”指具有相同的测试预置条件的测试用例集合。 1 4 本文的主要研究工作和论文结构 本文主要研究自动化测试技术，并根据c d m a2 0 0 0 系统的软件测试需 求，设计并实现了一套适合c d m a2 0 0 0 基站系统开发过程中使用的测试工 具s v s t e mt e s tl a b 。该系统可用于c d m a2 0 0 0 基站系统开发和测试过程中 的单元测试、集成测试以及系统功能和性能的测试，有效地保证了该系统的 质量。本系统测试实验室( s y s t e mt e s tl a b ) 涉及蜂窝移动通讯系统【2 0 】【2 2 1 中基站呼叫、切换性能综合测试系统的构建，其测试平台是一种具有高可控 性的移动通讯呼叫、切换性能的自动化测试系统 ”。根据系统的特点进行设 计，尽可能真实的仿真商用环境，并且能支持实验室可调试、可跟踪、可重 现的要求，来减少测试者的大量的重复的非本质的工作，减少了测试工作 量，提高了测试效率，同时缩短了基站软件开发的周期。 本文的组织和结构如下； 本文的第一章介绍了本课题的背景、意义、国内外的研究现状及分析和 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 课题研究的内容；第二章，主要介绍了本文的理论依据，即被测试对象 c d m a 2 0 0 0 系统的工作原理、关键技术之软切换技术；第三章，主要论述 了s y s t e mt e s tl a b 系统的设计原型和系统架构设计方案，包括系统硬件架 构和软件设计；第四章，主要论述了s y s t e mt e s tl a b 软件模块的具体实 现，并简要介绍了s y s t e mt e s tl a b 系统的一个典型测试过程；第五章，从 测试的输入、执行和输出简要的介绍了s y s t e mt e s tl a b 在c d m a 2 0 0 0 基站 系统中的应用；最后给出了本文的结论。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 圃鬈一乡 圈鬈圈 吨亚卜否一k 小丐吨吁 图2 1c d m a 的发送接收过程简图 p i c t u r e2 - 1s k e t c ho fm er e c e l v ea n dt r a n s m i tp r o c e s so nc d m a 所谓扩展频谱通信，可定义如下：扩频通信技术是一种信息传输方式， 其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽；频带的展宽是 通过编码及调制的方法实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同 的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传原始信息 3 ”。 此定义包括四方面的内容： 信号的频谱被展宽了。 信号频谱的展宽是通过扩频码序列调制的方式实现的。我们知道， 在时间上有限的信号，其频谱是无限的。信号的频带宽度与其持续时间近似 成反比，因此，如果用很窄的脉冲序列被所传的信息调制，则可产生很宽频 带的信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。 采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的 正弦波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性，扩频码序列仅仅起扩展信 号频谱的作用。 在接收端用相关解调来解扩。 由于扩频信号扩展了信号的频谱，所以它具有一系列不同于窄带信号的 性能：多址能力、抗多径干扰的能力、具有隐私性能、抗人为干扰的能力、 具有低截获概率的性能、具有抗窄带干扰的能力等【2 ”。 2 3 扩频通信原理 2 3 1 扩展频谱技术的基本原理 扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码 把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信 号来发射。在扩频通信中采用宽频带的信号来传送信息，主要是为了通信的 晗尔滨工业大学工学硕士学位论文 安全可靠，这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来解释 2 ”。 香农( s h a n n o n ) 在信息论的研究中得出了信道容量的公式： c = 曰l 0 9 2 ( 1 + 剐j v ) 其中c ：信道容量，单位b s ；b ：信号频带宽度，单位h z ；s ：信号平 均功率，单位w in ：噪声平均功率，单位w 【2 “。 这个公式指出：在给定信号功率s 和白噪声功率n 的情况下，只要采 用某种编码系统，我们就能以任意小的差错概率，以接近于c 的传输信息 的速率来传送信息。但同时此公式也指出，在保持信息传输速率c 不变的 条件下，我们可以用不同频带宽度b 和信噪功率比s n 来传输信息。换句 话说，频带w 和信噪比p n 是可以互换的。如果增加频带宽度，就可以在 较低的信嗓比的情况下用相同的信息率以任意小的差错概率来传输信息。甚 至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽，也能保持可靠的 通信。此公式指明了采用扩展频谱信号进行通信的优越性，即用扩展频谱的 方法以换取信噪比上的好处。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。 扩频通信的基本原理如图2 2 所示。 图2 2 扩频系统示意图 p i c “l r e2 0s k e t c hm 耳po f t h es p r e a d i n gs p e c t m ms y s t e m 在发端输入的信息( 比特率) 先经过信息调制形成数字信号( 符号率 s v m b 0 1 ) ，然后由扩频发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号 的频谱( 码片率c i l i p ) f 3 3 】。展宽以后的信号调制到射频发送出去。在收端接收 到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序 列去解扩。最后经信息解调，恢复成原始信息输出，由此可见，一般的扩频 通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制 为扩频调制，三次调制为射频调制以及相应的信息解调，解扩，和射频解 调。按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可分为：直接序列 ( d s ) 扩频，跳频( f h ) ，跳时( t h ) ，线性调频( c h 邱) ，以及上述几种 方式的组合【2 9 1 。 下图2 3 表明了整个扩频与解扩频过程。 l 发送端 - 号 5 v m f 扩频前的信号频谱 n 接 ，菇馨二 j m f 解扩频前的信号频谱 m f 扩频后的信号频谱 蕊 f 信号川 一& 趟妒 ，j i 式跫! 善孓 f f 解扩频后的信号频谱 图2 3 扩频与解扩频过程 p i c t l l r e2 - 3p r o c e s so ft l l es p r e a d i n gs p e c 仉吼m o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o n 扩频系统有一个重要的概念就是扩频增益。扩频通信系统由于在发送端 扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带来的好处是大大 提高了抗干扰容限。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱 扩展后的扩频信号带宽比例有关。一般把扩频信号带宽w 与信息带宽f 之比称为处理增益g p ，即：g p = w f 【”j 。 处理增益表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其 它些性能也大都与g p 有关。因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能 指标，此数愈大，性能愈好归州。 信息数据d 经过常规的数据调制，变成了带宽为b l 的基带( 窄带) 信 号，再用扩频编码发生器产生的伪随机编码( p n 码：p s e u d on o i s ec o d e ) ， 对基带信号作扩频调制，形成带宽b 2 ( b 2 远大于b 1 ) 、功率谱密度极低的扩 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 频信号，这相当于把窄带b 1 的信号以p n 码所规定的规律分散到宽带b 2 上，再发射出去。接收端用与发射时相同的伪随机编码做扩频解调，把宽带 信号恢复成常规的基带信号，即依p n 码的规律从宽带中提取与发射对应的 成份积分起来，形成普通的基带信号，然后。可再用常规的通信处理解调出 发送来的信息数据d 。 2 4 移动信道特性 2 4 1 移动通信的特点 无线信号在传播对会受到各种各样的干扰。可以说移动信道是最复杂的 通信信道。因为除了象有线信道中的干扰外，在无线信号的传播途中还会有 各种各样的障碍物使信号产生多径效应、阴影效应、散射和衍射产生衰落， 信号也会受到地形的影响。【2 4 】此外天气的变化也会使无线信号产生慢衰 落。当移动站处于高速移动的状态下情况会更糟，信号还会产生多普勒频移 效应，而所有的这些因素又会因为移动站的移动而变化。 l 、多径传播 由多径传播传播引起的多径干扰指无线电波因传输路径的不同引起到达 时间的不同而导致接收端码元的相互干扰。它可使所传输的数据信号幅度衰 落，可能引起波形展宽，因而数据传输速率会受到限制。移动信道中多径的 产生主要是因为庞大建筑物对信号的反射造成的。从移动站的角度看，就是 相同的信号以不同的时间和方向到达移动站。1 2 s 】如图2 4 所示。 多径信号不但显著的分散了信号的能量，使移动站接牧到的信号能量仅 是发射信号能量的部分。并且因为多径信号到达移动所传输的路径不同和 到达时间的不同，而造成相位的不同。这样多径信号之间就会产生相互相减 的效应，造成极其严重的衰落现象，使信号的信噪比严重下降，影响接收效 果。另外，如果是宽带通信，信号的频谱较宽，还会发生频率选择性衰落 【1 3 】【2 4 1 。这主要是因为针对不同的多径情况，不同频率产生的衰落深度也不 同，造成有的频率分量完全被多径抵消掉。f n 填体可见图2 5 。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 是多普勒频移造成的频率变化。多普勒频移指多径效应不仅可使发射信号的 振幅发生变化，而且可使发射信号的频率结构发生变化，造成相位起伏不 定，它导致数据信号的错误接收。多普勒频移量可用下式计算： 多普勒频移= ( 移动速度波长) + c o s ( 入射波与运动方向的夹 角1 。 当人们持手机在低速运动状态下打电话时，多普勒频移可以忽略不计， 但当人们坐在高速行驶的汽车上打电话时，就不得不考虑多普勒频移的影响 了。 3 、信号阴影与传输损耗 如前所述，当移动站进入建筑物阴影时因为大部分信号能量被建筑物阻 挡所以也会发生衰落，移动站仅能接收到从其它物体的反射来的信号或绕射 来的信号。但这种衰落相对多径引起的衰落来说变化速度要慢的多，所以称 之为慢衰落，它不像快衰落那样难以对付。 衰落指在接收端信号的振幅总是呈现出忽大忽小的随机变化的现象。依 据持续时间长短，衰落一般有快慢之分。快衰落大部分是由于多径传播引 起，它使得信号严重失真。慢衰落是由不同类型的大气折射或行进过 x 哈尔溟工业大学工学硕士学位论文 s t a t i o n s ) ，或者不同的c d m a 频率，或者不同的帧偏置时，所进行的一种切 换方式。其特点是在业务信道上会出现短暂的中断。后面说的硬切换都是指 这种切换。 c d m a a n a l o g 硬切换：移动台从c d m a 业务信道切换到模拟话音信道 的过程。 在实际基站系统中，经常提到半软切换，换频切换，更软切换，b s c 之间软切换等概念，在空中口实际没有这样的说法。半软切换和换频切换属 于硬切换，但在基站中不更换s d u ，但在a 口的表现和软更软切换上一样 的。而b s c 之间的软切换在空中口和一般b s c 下的软切换没有什么差别， 但是在a 3 a 7 口有各种信令交互。 c d m a 系统中切换技术分为软切换和硬切换，由于实际环境中硬切换发 生频率低( 在此设计时软件不易实现) ，这样我们设计的这套系统主要涉及软切 换。下面简要介绍c d m a 软切换技术。 2 5 2 软切换 软切换是c d m a 移动通信系统所特有的，其基本原理如下，当移动台 处于同一个b s c 控制下的相邻b t s 之间区域时，移动台在维持与源b t s 无线连接同时，又与目标b t s 建立无线连接，之后再释放与源b t s 的无线 连接。发生在同一个b s c 控制下的同一个b t s 间的不同扇区间的软切换又 称为更软切换。 软切换有以下几种软切换方式： f 1 ) 同一b t s 内不同扇区相同载频之间的切换，也就是通常说的更软 切换( s o r e rh a i l d o f f ) ； ( 2 ) 同一b s c 内不同b t s 之间相同载频的切换； 。 ( 3 ) 同一m s c ( m o b i l i t ys w i t c hc e n t e r ) 内，不同b s c 的之间相同载 频的切换； 所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = 2 = = = = = = = = = = = = = = 2 = ：= = = ! ! ： ：! 基站的联系。软切换只能在相同频率的c d m a 信道间进行。它在两个基站 覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可大大减少由于切换造成 的掉话。因为据以往对模拟系统t d m a 的测试统计，无线信道上9 0 的掉 话是在切换过程中发生的。实现软切换以后，切换引起掉话的概率大大降 低，保证了通信的可靠性。软切换示意图如图2 6 所示。 图2 6 软切换示意图 p i c t u r e2 6s k e t c hm a po f t h es o f t _ h a n d o f f 下面具体分析移动台是怎样进行软切换的。 在进行软切换时，移动台首先搜索所有导频并测量它们的强度。移动台 合并计算导频的所有多径分量( 最多k 个) 的e 。i 。( 一个比特的能量e 。与 接收总频谱密度，噪声加信号，i 。的比值) 来作为该导频的强度，k 是移动 台所能提供的解调单元数。当该导频强度e c i o 大于一个特定值ta d d 时，移动台认为此导频的强度已经足够大，能够对其进行正确解调，但尚未 与该导频对应的基站相联系时，它就向原基站发送一条导频强度测量消息， 以通知原基站这种情况，原基站再将移动的报告送往移动交换中心，移动交 换中心则让新的基站安排一个前向业务信道给移动台，并且原基站发送一条 消息指示移动台开始切换。可见c d m a 软切换是移动台辅助的切换。 当收到来自基站的切换指示消息后，移动台将新基站的导频纳入有效导 频集，开始对新基站和原基站的前向业务信道同时进行解调。之后，移动台 会向基站发送一条切换完成消息，通知基站自己已经根据命令开始对两个基 站同时解调了。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 图2 7 更软切换示意图 p i c t u r e2 7s k e t c hm a po f t h es o f t e r _ h a n d o f f 由于更软切换的流程包含在上面的软切换流程里面，这里就不再进一步 分析。其分析方式与软切换的方式基本是一致的。 上面主要介绍了切换的类型以及软切换实现过程和更软切换的概念，在 实现系统运行时，这些切换是组合出现的，可能同时既有软切换，又有更软 切换和硬切换。比如，一个移动台处于一个基站的两个扇区和另一个基站交 界的区域内，这时将发生软切换和更软切换。若处于三个基站交界处，又会 发生三方软切换。上面两种软切换都是基于具有相同载频的各方容量有余的 条件下，若其中某一相邻基站的相同载频已经达到满负荷，m s c 就会让基 站指示移动台切换到相邻基站的另一载频上，这就是硬切换。在三方切换 时，只要另两方中有一方的容量有余，都优先进行软切换。也就是说，只有 在无法进行软切换时才考虑使用硬切换。当然，若相邻基站恰巧处于不同 m s c ，这时即使是同一载频，在目前也只能是进行硬切换，因为此时要更 换声码器。如果以后b s c 间使用了i p 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 测试对象c d m a 2 0 0 0 系统的一些基本概念，扩频多址通信的基本工作原理， 基站与移动台间的空中移动信道的相关特性，最后对c d m a 关键技术之软切 换技术进行简要介绍。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第3 章s y s t e mt e s tl a b 的系统架构 3 1s y s t e mt e s tl a b 的设计原型 3 1 1a c t e r a n a 公司的a p s 系统的基本原理 下面简述a c t e r a n a 公司的a p s 系统的基本原理 其结构示意图如图3 一l 所示。 图3 1 系统a p s 自动化测试示意图 p i c t i l r e3 1s k e t c hm a po fm ea u t o m a t i ct e s ts y s t e ma p s 此系统通过射频连接器件r fc o 衄e c t o r ( r a d i of r e q u e n c yc o n n e c t o r ) 将基站子系统b s s ( b a s es t a t i o ns u b s y s t e m ) 的射频信号连接到一个称为步 进衰减器( s a m ，s t 印a t t e 肌a t i o nm o d u l e ) 的硬件模块，然后信号进入移 动台m s f m o b i l es t a t i o n ) ，通过一个串口扩展器( p o r ts e r 、r e r ) 将多个分组手 机连接到测试控制器t c o m ，gc o n t r 0 1 1 e r ，另外有一个或者多个远程的客 户端可以在任何地方进行测试项目定制和业务跟踪。下面分别描述各个重要 部分。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 s a m ：实现对接入手机的各路信号的自定义模式衰减控制，功能相当 于信号路损控制系统【2 2 】。 m s ：移动台系统，分组的多手机的组合。 p o r ts e e r _ 串口扩展器，由于手机只能通过串口连接，因此对多手机 需要一个p o r ts e r v e r 扩展出多个串口，以在一台标准计算机上实现对多手 机的控制。 t 一c o m gc o n n d l l e r ：系统主要的控制器，所有的s a m 和m s 系统 的控制，以及各种测试项目的自动控制生成都在这里完成，并提供给远程客 户端的接口。 r e m o t ec o m r 0 1 l e rc l i e n t ：远程控制客户端，在远程通过t c p i p 进行 测试业务的定制，并下载到t c o m gc o n t r o l l e r 上进行测试，然后上传测 试结果。 可以看出，该测试系统的主要工作为t 一c o m ，gc o n t r o l l e r 的设计，下 面介绍一下此系统的软件结构，结构图如图3 2 所示。 4 且 篙篙l s e t a | s e r v i c e 图3 2 a p s 系统的软件结构示意图 p i c t l l r e3 - 2s k e t c hm a po f t h es o f w a r es t 九l c t i l r eo ns y s t e ma p s 各个模块的功能如下： t e c ：t e m i l l a le q u i p m e n tc o n 缸d l l e r ，移动终端的各种控制功能，针对 每一个移动终端。 t a c ：t e s ta p p l i c a t i o nc o n t r 0 1 l e r ，各种测试步骤的控制实现，比如起 呼，被呼，数据，短消息等，同样是针对每一个移动终端。 s a c ：s y s t e ma p p l i c a t i o nc o n t r o l l e r ，每个测试项目的监测执行，并提 供远程接口，位于每个逻辑服务器上。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 s e t as e r v i c e ：s e ta p p l i c a t i o ns e i c e 提供不问断的测试服务，并控制 每个测试业务的配置过程，在每个控制服务器上运行。 利用此系统可以测试的项目和功能大致有： ( 1 ) 呼叫测试：起呼m 0 ，被呼m t ； ( 2 ) 系列的呼叫和接入测试： ( 3 ) 同时和分布起呼测试； ( 4 ) 位置更新测试； ( 5 ) 切换测试； ( 6 ) 收发短消息测试； f 7 ) 启动去启动数据服务测试； ( 8 ) 各种补充功能测试( 呼叫转移，呼叫限制等) ： ( 9 ) 话路保持测试； ( 1 0 ) 数据业务测试( p i n g ，f a x ，f t p ，h t t p ) ； f 11 ) 层二和层三界面信令跟踪。 3 2s y s t e mt e s tl a b 的设计方案 通过对a p s 测试系统的仔细研究，分析如下： ( 1 ) 分布式的功能系统。将测试项目的产生和测试任务的定制分开，远 程可以定制测试项目，增强了测试的灵活性； ( 2 ) 模块化的控制系统。将各种控制功能分成几个模块，保持模块的