TD-SCDMA终端一致性测试技术研究与实现设计.pdf

1 TD SCDMA 终端一致性测试技术研究与实现设计终端一致性测试技术研究与实现设计 刘小智 战松涛 张平 北京邮电大学电信工程学院 北京 100876 E mail liuxz526 摘摘 要 要 终端的一致性测试是整个移动通信产业链发展中的重要环节 本文详细介绍了 TD SCDMA终端一致性测试内容 提出了终端射频一致性测试和协议一致性测试实现设计 方案 并在此基础上对两者进行了分析比较 对摸索发展中的终端一致性测试具有较好的理 论参考价值 关键词 关键词 TD SCDMA 终端 一致性测试 中图分类号 中图分类号 TN929 532 1 概述概述 TD SCDMA 作为中国提出的具有自主知识产权的第三代移动通信标准 随着技术的日 益成熟和应用研究的迅速发展 其产业化进程和商业运营已迫在眉睫 但目前 在终端测试 的研究开发及商用方面 TD SCDMA 严重滞后于 WCDMA 和 cdma2000 这成为制约 TD SCDMA 产业化发展的重要因素之一 所谓一致性测试 实质上就是利用一组特定的测试例 在一定的网络环境下 对待测设 备进行黑盒测试 验证设备实现与相应的协议标准的一致性 检验设备是否能够满足协议的 统一要求 终端一致性测试是终端商用前一项非常重要的测试 可以保证商用化的终端设备 在各项指标上达到相应标准的要求 确保多厂商设备在商用网络中的互联互通 因此提出具 有实际应用价值的终端测试方案 对推动 TD SCDMA 产业化进程有十分重要的意义 2 TD SCDMA 终端一致性测试内容终端一致性测试内容 TD SCDMA 终端一致性测试包括射频一致性测试 协议一致性测试 UICC USIM 一致 性测试和声学一致性测试 其中射频一致性测试和协议一致性测试是最复杂也是最重要的部 分 本文着重介绍这两方面的测试内容和实现设计方案 对 UICC USIM 一致性和声学一致 性测试仅做简要介绍 2 1 TD SCDMA 终端射频一致性测试终端射频一致性测试 TD SCDMA 终端射频一致性测试是测试终端的 RF 指标和性能是否符合规范 共包含 79 个测试用例 在 3GPP TS 34 121 和 3GPP TS 34 122 中定义 1 分为四个部分 如图 1 所 示 2 终端射频 一致性测试 参考灵敏度电平最大输入电平邻道选择性 阻塞特性杂散响应接收互调特性 接收机杂散发射 射频接收机一致性测试 发射功率测试 最大发射功率 发射互调测试 频率稳定度测试 发射调制测试 EVM 峰值码域功率 射频发射测试 占用带宽 频谱发射模板 邻道泄漏比 发射杂散 输出功率动态范围测试 开环功率控制闭环功率控制 最小发射功率失同步输出功率 发射关功率时间开关模板 射频发射机一致性测试 无线性能指标测试 静态传输条件下 的调制性能 多径衰落条件下 DCH调制性能 上行和下行链路的 功率控制 无线资源管理的测试 空闲模式下的小区 选择 小区重选 连接模式下的切 换 小区重选 RRC连接控制测量能力 图1 3GPP TS34 122 规定的射频一致性测试项目 1 发射机特性测试 包括 UE 发射功率 最大输出功率 频率稳定度 输出功率动态范围 射频发射 发 射互调特性 发送调制等 6 个小项 射频发射包括信道带宽 频谱发射模板 邻道泄漏抑制 比 杂散发射等 4 个小项 其中信道带宽属于带内发射 其它属于带外发射 发送调制包括 误差矢量幅度和峰值码域误差 2 接收机特性测试 包括参考灵敏度电平 最大输入电平 邻道选择性 阻塞特性 杂散响应 接收互调特 性和接收机杂散发射 3 无线性能指标测试 包括静态传播条件下的解调性能要求 多径衰落条件下 DCH 解调性能要求 以及上行 和下行链路的功率控制性能等 4 支持无线资源管理的测试 包括空闲模式下的小区选择 小区重选 连接模式下的切换 小区重选以及 RRC 连接 控制 测量能力等 2 2 TD SCDMA 协议一致性测试协议一致性测试 2 2 1 协议一致性测试内容协议一致性测试内容 协议一致性测试是 TD SCDMA 协议测试的基础 即通过观察设备对协议实现在不同环 境和条件下的反应行为来验证协议实现和相应的协议标准是否一致 协议一致性测试基于 TS 34 123 规范 2 定义了 700 多个 TTCN 测试例 对 RLC 层 MAC 层 RRC 层分别进行 测试 3 TD SCDMA 协议一致性测试 保证 UE 的信令和协议的一致性 规范化 这部分测试 主要包括 3 项内容 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 模式下基本操作 在 3G 网络环境下 以及 2G 3G 混和组网环境下 对 不同 PLMN 的选择 小区选择和重选 系统信息接收 RRC 层功能 RRC 连接管理 无线 承载控制 RRC 连接的移动性 测量特性 安全模式控制 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 位置更新 包括 IMSI 附着 周期性位置更新和正常位置更新等 呼叫控制 包括 UE 发起呼叫 MOC UE 被呼 MTC 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 3 分组域基本过程 移动性管理 包括 GPRS 附着 分离和周期性路由区更新 会话管理 包括 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 2 2 2 协议一致性测试过程协议一致性测试过程 协议一致性根据协议规范的说明对协议的某个实现进行测试 判断协议实现与协议标准 是否保持一致 协议一致性测试标准包括三个部分 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 可执行测试集 ETS 在以上 3 部分基础上 产生 图 2 为协议一致性测试的主要步骤 详细描述如下 首先根据协议规范 为每个特性 编写测试目的 并转化为抽象测试集 ATC 生成 PICS PIXIT 根据 PICS PIXIT 和 ATS 生 成可执行测试集 ETS 使用 ETS 测试 IUT 根据测试结果生成测试报告 图 2 协议一致性测试过程 协议一致性测试中最重要的工作之一是 TTCN 描述的测试用例的生成 TTCN 是一种规 范的标准化的测试描述语言 全称是 Tree and Tabular Combined Notation 即树表组合表述 法 其中表格主要用于数据类型 原语 协议观察点 约束等 树则用于描述测试集 测试 用例 测试步骤等 TTCN 是一种独立于协议 测试方法和测试设备的抽象语言 被广泛应 用在通信协议测试中 协议规范 测试目的 抽象测试集 测试方法 可执行测试集 测试报告 测试 4 2 3 UICC USIM 一致性测试一致性测试 USIM ME 接口一致性测试主要依据的测试规范是 3GPP 的 TS31 121 和 ETSI 的 TS 102 230 其中 TS31 121 主要关注终端应用特性 验证USIM与ME 间的信令交互是否符合 相关规的要求 主要测试内容包括 签约相关过程测试 主要针对 IMSI TMSI 的处理过程 及接入控制的处理过程进行测试 安全相关过程测试 主要针对终端在 PIN 的处理 FDN 的处理 BDN 的处理以及 AoC 的处理等信令流程进行测试 签约无关过程测试 包括电话 本处理过程 短消息处理报告等 TS 102 230 则规定了针对终端电气 逻辑特性等各种指标的测试方法 测试内容包括 UICC 终端接口的电气特性测试 初始通信测试 传输协议测试以及独立于应用的程序等 2 4 声学一致性测试声学一致性测试 声学一致性测试是测试终端的音频指标和性能是否符合规范 3GPP TS26 131 和 26 132 提到的音频指标有 12 个 3 分别是 发送灵敏度 频率响应 发送响度评定值 接收灵敏度 频率响应 接收响度评定值 侧音掩蔽评定值 声学回声控制 稳定度储备 发送失真 接收失真 空闲信道噪声 发送方向和接收方向 环境噪声抑制 3 TD SCDMA 终端一致性测试系统方案终端一致性测试系统方案 3 1 TD SCDMA 终端射频一致性测试系统终端射频一致性测试系统 终端的发射机特性测试需要 UE 和系统模拟器进行连接 4 5 根据 TS34 108 建立业务 信道上的正常呼叫 终端还要根据 TS34 109 提供逻辑测试接口 测试在回环模式下进行 数据回环方式是 TS34 109 中定义的测试状态下特定的连接模式 在建立通话过程中通过信 令控制终端进入回环 发射机特性在终端天线接头处测试 终端只有内置天线 增益设为 0dBi 接收机测试的预置条件要求和发射机测试是一致的 所不同的是这里衡量的是接收机自 身的噪声特性对接收质量的影响 除接收机杂散发射外 接收机特性测试统一采用下行 12 2kbps 的参考测量信道 在监测数据回环的误码率 BER 达到特定要求条件下 检查外 加信号的特性是否符合规范要求 如果没有特殊说明 关闭下行功率控制 TD SCDMA 终端射频一致性测试系统设计方案如图 3 所示 其中高层协议栈处理模块 用来模拟 TD SCDMA 的核心网和基站 建立测试系统和被测终端之间的信令连接 射频测 量信号处理模块用来处理从基带板提取的数据 完成发射机和接收机的基本测试项目 用户 接口模块为用户提供图形界面 显示测量结果 同时对测量信号处理模块进行控制 5 图 3 TD SCDMA 终端射频一致性测试系统 3 2 TD SCDMA 协议一致性测试系统协议一致性测试系统 TD SCDMA 协议一致性测试系统分为网络侧和终端侧 6 网络侧测试方法可以分为分 布式单方测试 DSPyT Distributed Single Party Test 方法和单方测试 SPyT Single Party Test 方法 DSPyT 方法包括上测试器 UT Upper Tester 可执行测试集 ETS 和下测 试器 LT Lower Tester SPyT 方法仅包括可执行测试集 ETS 和下测试器 对不同的 被测协议 应采用不同的测试方法 如表 1 所示 其中 RRC RAB NAS 采用分布式单 方测试方法测试 MAC RLC BMC PDCP ATS 采用单方测试方法测试 表 1 TD SCDMA ATSs 被测协议层 ATS 测试方法 运行在测试例下的协议层 LT MAC MAC SPyT PHY MAC RLC RLC RLC SPyT PHY MAC RLC RRC RRC DSPyT PHY MAC RLC NAS L3 SMS DSPyT PHY MAC RLC RRC BMC BMC SPyT PHY MAC RLC BMC emulation PDCP PDCP SPyT PHY MAC RLC RAB RAB DSPyT PHY MAC RLC 6 下面以 RRC 层为例 来说明协议一致性测试方法和系统构架 如图 4 所示 图 4 RRC 层协议一致性测试系统 UT 位于测试系统的最高层 通过 PCO Ut 接受来自 ETS 的状态信息以及测试报告 记 录测试日志并实时向用户显示主要的测试信息 UT 的另一项功能是负责和终端通信 通过 PCO Ut 接受来自 ETS 的终端控制命令 并以一定的命令格式如 AT 命令或 MMI 发送至终 端 同时将终端返回的状态信息以确认原语的形式发送给 ETS 从而实现对终端的自动控制 ETS 是整个测试系统中的核心 所有的控制信息都由它发出 它由非接入层 NAS 无 线资源控制层 RRC 和适配层组成 其中 NAS 和 RRC 都是使用 TTCN 来实现的 用于构 造测试例 适配层主要完成 TTCN 数据和 C 数据的相互转换 使 TTCN 实现的 NAS 和 RRC 可以和系统模拟器 SS 实现正常通信 NAS 和 RRC 之间通过 PCO Dc 进行交互 RRC 通过 在 PCO CRLC PCO CMAC 和 PCO CPHY 上发送控制原语来实现对低层协议栈各层的配 置 并通过 PCO AM PCO TM PCO UM 实现核无线链路控制层 RLC 的通信 用于传递空 口信令和测试数据 LT 就是一个系统模拟器 SS 完全按照协议实现 TD SCDMA 空中接口的 L1 层 PHY L2 层 MAC RLC PDCP 同时具备射频功能 终端主要包括人机接口界面 EMMI 和被测实现 IUT 两个部分 其中 EMMI 与网络侧测 试系统中的上测试器之间通过 AT 命令或其他格式命令交互 从而实现自动化测试 TD SCDMA 终端 RRC 协议一致性测试系统设计方案如图 5 所示 其中高层协议栈模块 模拟 RRC 和 NAS 部分功能 根据 TS 34 123 协议中规定的测试例 利用 TTCN 语言编写 MP 文件 适配层接收 NAS 和 RRC 模块发送的消息和低层协议栈控制原语 进行编码处理 并发送至低层协议栈 同时接收低层协议栈发送的消息 进行解码处理并发送至高层协议栈 底层协议栈完成 RABM PDCP RLC MAC 的功能 这四部分内容依照协议实装实现 用户接 口模块根据测试例运行时协议栈产生的大量 LOG 信息进行整理和分析 形成不同的文档以 满足用户不同的 LOG 需求 7 图 5 TD SCDMA 终端协议一致性测试系统 3 3 终端射频一致性测试和协议一致性测试系统对比分析终端射频一致性测试和协议一致性测试系统对比分析 TD SCDMA 终端射频一致性测试系统 图 3 1 和协议一致性测试系统 图 3 3 进 一步从以下三个方面进行分析比较 测试环境的搭建 终端一致性测试系统和协议一致性测试系统都包括网络侧和终端侧 网络侧按照 3GPP 的协议构架具体实现低层协议栈和射频功能 包括 L1 层协议实体 PHY L2 层协议实体 MAC RLC PDCP RABM 其中 RABM 实体完成管理 PS 域和 CS 域的 RAB 根据具体 业务进行 RB 及相关信息的配置 传送用户平面的数据等 PCDP 实体完成 PS 域数据传输 相关的头压缩 数据顺序传输等相关功能 RLC 实体主要的功能包括数据传输 数据纠错 重传 ARQ 功能 加密和解密以及暂停 继续功能等 MAC 实体主要进行数据传输 传输格 式和传输格式组合的选择 MAC 头的添加以及加密 解密功能 PHY 实体主要完成传输信 道的 FEC 编 解码 向上层提供测量及指示 传输信道的错误检测 传输信道的复用 编码 复合传输信道的解复用 速率匹配 编码复合 传输信道到物理信道的映射 物理信道的调 制 扩频和解调 解扩 频率和时间的同步 闭环功率控制等 对射频一致性测试平台 为了降低高层协议栈 NAS 层和 RRC 层 的复杂性 可以引 入脚本机制 脚本文件是高层协议实体的一个具体对象实例 即高层功能的一系列具体信令 用户接口模块 测量项模块 模块 信令分析 分析 高层协议处理模块 实现 和 适配层 低层协议处理模块 层处理模块 层处理模块 层处理模块 硬件驱动模块 基带数据存储转发模块 射频模块 射频发送 射频接受 被测终端 命令流 数据流 8 的执行过程 如系统消息广播 寻呼 RRC 建立 释放 位置更新等 根据终端测试的功能 确定脚本所需要模拟的信令过程 形成相应 RRC 层消息信令序列 根据相应的规则顺序发 送和接收 高层和低层协议的通信和控制 可以通过脚本 API 来实现的 脚本 API 接口函 数汇集了系统模拟和一致性测试中所有的高层和低层接口 对协议一致性测试平台 通过 TTCN 构造 NAS RRC 层的测试例来模拟高层协议栈 完 成协议中规定的空口信令交互流程和相应的测试例环境配置 高层和低层协议之间通过适配 层进行通信 适配层对高层消息和低层协议控制原语的编码处理并传给底层协议栈 同时对 低层协议栈控制消息解码处理并传送至高层协议栈 终端与系统模拟器的连接 对终端射频一致性测试而言 需要终端和系统模拟器进行连接 建立业务信道上的正常 呼叫 对终端的射频测试在回环模式下进行 对终端协议一致性测试 先根据测试目的和测 试内容配置 IUT 然后建立终端和系统模拟器进行连接 在 IDLE 状态或者呼叫状态下进行 测试 空口信号 信令的提取分析 对终端射频一致性测试而言 需要在终端天线接头处测试 提取空口信号 经过射频接 受模块 将高频信号转换为基带信号 然后通过射频测量模块处理提取的数据 完成发射机 和接收机的基本测试项目 并将测量数据上报给用户接口模块进行实时显示 根据协议规范 判定该测试指标是否保持一致 对终端协议一致性测试而言 使用 TTCN 构造待测层的测试例 待测层下为协议实体 当测试例向低层协议栈发送消息时 待测层应收集测试例和其他测试设备交换的消息以及协 议栈各层之间交换的消息 存储在 LOG 文件中 通过分析这些被交换的消息 生成测试报 告显示在用户界面上 根据协议规范判定该协议实现是否保持一致 4 结束语结束语 为了确保终端的接入与业务能力 对终端的各种测试十分必要 本文详细介绍了 TD SCDMA 终端一致性测试内容 提出了终端射频一致性测试和协议一致性测试实现设计 方案 并在此基础上对两者进行了分析比较 对摸索发展中的终端一致性测试具有较好的理 论参考价值 相信在国内外各方的共同努力下 TD SCDMA 终端一致性测试技术必将日益 成熟 完善 TD SCDMA 产业化和商用化指日可待 参考文献参考文献 1 3GPP TS 34 122 Terminal conformance specification Radio transmission and reception TDD 2 3GPP TS 34 123 UE Conformance Specification TDD 3 3GPP TS 26 132 Speech and video telephony terminal acoustic test TDD 4 3GPP TS 34 108 Common Test Env