TD-SCDMA_WCDMA基站射频测试基础

15 TD SCDMA WCDMA基站RF信号测试基础 15 13G测试系统概述 行业背景WCDMA TD SCDMA和CDMA2000三大3G通信标准很早就成为众人关注的焦点 随着3G牌照的发放 投资3G是一种新的机遇 但也会面对诸如市场 技术 投资 财务和管理等风险 因此 不少厂商们已经或者正在对3G进行评估和测试 主要包括 对各种标准的评估对各种设备的性能和功能测试不同厂商设备之间的互连 互通测试各种设备在模拟网络下的真实性能各种设备在实际网络下的真实性能 测试的意义3G系统的测试是保证3G系统运行的重要因素 只有经过严格的测试 才能正确评估一种通信系统 从而减少投资风险 在这时候 测试在3G中的地位显得尤为重要 测试应用阶段芯片组的研发产品的设计产品的验证产品的生产和维修进行网络部署时的网络规划安装和优化不同厂家的设备调试使得各厂家设备能够互连互通等 测试应用范围器件的设计研发分模块开发及整机集成产品入网认证大规模量产网络 服务质量优化后续使用中的维护 测试的核心目标快速地对手机和基站的功能及性能包括环境参数和设备运营情况进行全面 完整的测试 提高测试精度和测试一致性 缩短测试时间和周期 从而降低测试成本 面临的挑战3G网络所提供的业务类型十分丰富 几乎覆盖了电路交换和分组交换领域的所有可用业务 测试如何全面保证这些业务的服务质量 部署在2GHz频段的3G系统与二代移动通信系统相比需要更多基站 系统优化和干扰排查工作量更大 网络 终端测试均面临的严峻考验 三个不同标准的网络及其带来的各种各样多模终端共存的现实 除了满足目前的测试需求 还要考虑未来的发展趋势 如对HSDPA HSUPA LTE的支撑 测试的分类按测试对象终端测试网络测试按测试内容无线射频测试协议测试 按产品研发 生产阶段器件测试 侧重器件的相关指标系统测试 侧重整机性能生产测试 侧重速度 重复性和稳定性按3G发展阶段一致性测试互连互通性测试业务性能测试 15 2基站测试 概述决定网络是否良好的一个关键因素便是其基站设备的性能 因此如何对其测试 便成为当前热点 3G基站测试 可帮助运营商 在WLAN WiMAX等无线数据通信系统 W CDMA TD SCDMA CDMA2000等移动通信系统以及广播电视系统并存的复杂环境下 大幅度降低运行维护成本的同时 高效率高水平的提高网络运行质量 基站测试的分类RF信号测试 即无线射频性能测试 基本功能测试操作维护功能测试环境适应性测试安全性能测试等 基站测试的作用如图所示一个小区的站点 外面的圆圈代表规划的小区覆盖范围 15 3基站RF信号测试 关键性在诸多基站测试中射频测试无疑是其中相当重要的环节 对于整个3G产业链当中的基站 直放站以及功放模块研发及生产厂商 都是极为重要的 为了获得更好的传输质量和速度 3G系统采用了更为复杂的调制方式 如8PSK 16QAM等 还支持在同一次连接的不同条件下使用不同的调制方式 即自适应调制 因而 在无线射频方面 3G测试面临的挑战将更为严峻 复杂调制的解调分析 信号随时间变化的快速捕获和分析 空中系统测试 包括频谱监测 覆盖测试 以及基站性能分析 干扰信号分析和定向等 基本内容基站射频测试不同于终端 根据3GPP测试规范25 141 WCDMA 和25 142 TD SCDMA 的要求 全部的测试项均可在非信令下完成 相对于GSM基站 WCDMA TD SCDMA基站采取了码分多址技术 因此其不同的码道配置 或称为信道模型 尤其是码道数量和与调制相关的指标 将会影响测试结果 因此规范25 141 25 142里定义了多种不同的测试模型 用于对基站进行发射机 接收机以及性能等指标进行测试 基站RF测试与终端RF测试比较 WCDMA为例 对于WCDMA手机和基站 我们的测试要求分别是依据WCDMA规范34 121和25 141 通过对发射机和接收机的射频指标的测试来测试手机和基站的总体质量 而两个测试规范中有相当一部分是重合的 还有一些是手机或基站所特有的测试项目 为了更清楚规范的要求 我们通过表格的形式把这两个规范的测试要求陈列如下 分类发射机测试 TransmitterTests 测试基站发射机发射的下行信号的指标有 发射功率调制质量 如EVM等 占用信道带宽频谱发射模版邻信道泄漏比杂散及码域误差等 这些测试都必须在3GPP协议规范TS25 141和TS25 142中所定义的相应测试模型 TestMode 下进行测试 以确保基站符合规范要求 使不同厂家不同基站的测试结果具有可比性 接收机测试 ReceiverTests 测试基站接收机在特定条件下的接收性能 如接收到的手机信号非常强 动态范围测试 非常弱 即参考灵敏度测试 有干扰等条件下的接收误码率 如邻信道选择性阻塞特性互调特性及杂散等测试该部分测试应假设基站不支持接收分集 若基站支持接收分集 则要关闭其分集功能 对每个天线分别进行测试 性能测试 PerformanceTests 测试基站接收机的解调性能 与接收机测试不同 是测试基站工作在接收分集的状态下 在附加不同的衰落及高斯白噪条件的误块率 因此 进行性能测试时则是需要测试基站在不同的频率下 不同的信噪比以及不同速率下基站的接收误块率 BLER 15 3TD SCDMA WCDMA系统基站RF信号测试 TD SCDMA系统测试标准TD SCDMA测试标准是在3GPP规范内定义的 主要有以下几个 基站射频测试规范 25 142BaseStation BS conformancetesting TDD 包括了对基站的发射机 接收机和在衰落信道下的性能测试等测试用例和测试要求 移动终端射频测试规范 34 122Terminalconformancespecification RadioTransmissionandreception TDD 规定了移动终端的射频一致性测试规范 包含了对基站的发射机 接收机 和在衰落信道下的性能测试等测试用例和测试要求 移动终端协议测试规范 34 123UserEquipment UE conformancespecification Part1 Protocolconformancespecification规定了移动终端各个协议层的测试用例和测试要求 包括了NAS RRC RLC MAC等层的测试用例 WCDMA系统测试标准基站射频测试规范 25 141BaseStation BS conformancetesting FDD 包括了对基站的发射机 接收机和在衰落信道下的性能测试等测试用例和测试要求 移动终端射频测试规范 34 121Terminalconformancespecification Radiotransmissionandreception FDD 规定了移动终端的射频一致性测试规范 包含了对基站的发射机 接收机 和在衰落信道下的性能测试等测试用例和测试要求 主要射频指标基站发射机测试的特征描述包括射频频谱描述和码域解调描述两大部分射频频谱方面有如下几个主要的射频指标 占用带宽 Occupiedbandwidth 定义 以指定信道的中心频点为中心 包含总发射功率的99 功率的频带宽度 测试目的 验证基站发射没有占用过多的带宽而干扰其他无线电业务 发射机最大输出功率 Maximumoutputpower 定义 在指定参考条件下 在天线接口处一个激活时隙上 包括保护时间段 每个载波的平均功率电平 测试目的 验证基站内所有发射单元最大输出功率在其工作频段内的精确性 发射机最小输出功率 Minimumoutputpower 定义 在指定参考条件下 在天线接口处一个激活时隙上 包括保护时间段 每个载波的平均功率电平 测试目的 验证基站内所有发射单元最小输出功率在其工作频段内的精确性 载波频率误差 Carrierfrequencyerror 定义 基站在指定载频上工作时其发射信号的稳定能力 有时也用频率稳定 Frequencystability 表示 测试目的 验证工作频段内载波频率的精确性 频谱发射模板 Spectrumemissionmask 定义 频谱发射模板指定的与有用信号指配信道频率偏离0 8MHz 4MHz的带外发射限制 测试目的 验证基站的带外发射不会对临近信道的其他业务造成不适当的干扰 邻道泄漏功率比 AdjacentChannelLeakagepowerRatio 定义 发射功率与其落到相邻信道功率的比值 测试目的 检验基站限制产生干扰相邻信道接收机信号的能力 杂散发射 Spuriousemissions 定义 由无用信号产生的发射 例如谐波发射 寄生发射 交调分量以及其他频率变换分量 杂散发射不包括带外发射 测量点在基站射频输出口 测试目的 检验基站限制其发射信号对上下相邻超过4MHz的其他通信系统的干扰的能力 发射互调定义 发射机互调性能是测试发射机抑制由天线进入的无用信号通过非线性器件而造成的干扰 测试目的 主要考察在基站正常发射 且天线端口同时出现干扰信号时 基站发射机抑制由此产生的非线性产物的能力 功率控制动态范围 Outputpowerdynamics 定义 功率控制动态范围是测试发射机根据终端相关上行信号中TPC TransmitPowerControl 比特的指示来调整下行信道的功率 测试目的 主要考察在基站发射机正确分析并响应终端上行TPC比特的能力以及准确控制发送功率的能力 码域解调测试方面主要的测量项有 内环功率控制 下行信号测试 定义 测试基站发射机根据接收到的上行信号调整其码域功率的能力 测试目的 测试验证基站能够正确根据接收到的TPC命令来调整码域功率达到规范规定的精度 调制精度 EVM下行信号测试 定义 基站射频发射信号和理论上的调制信号的差别即 上行信号测试 EVM被称为误差矢量幅度 结果定义为平均误差矢量功率与平均参考信号功率比值的平方根 表示为百分比 测试目的 测试基站发射机按要求准确发射波形的能力 PCCPCH功率 下行信号测试 定义 在传输时隙上的主公共控制物理信道码域功率的平均值 PCCPCH功率在BCH中通知 测试目的 测试验证BCH广播的PCCPCH功率和时隙上的PCCPCH码域功率平均值之间的误差能保证在一定容限内 基站接收机测试主要的射频指标主要有 接收灵敏度 Rxsensitivity 定义 接收灵敏度是指收信机在满足一定的误码率性能条件下 收信机输入端需输入的最小信号电平 衡量收信机误码性能主要有 帧删除率 FER 残余误比特率 RBER 误比特率 BER 测试目的 是在BER不超过限定值的情况下 验证UE的最小发射平均功率 动态范围 Dynamicrange 定义 动态范围是指收信机在满足一定误码率性能条件下收信机输入端能达到的最高电平 测试目的 在不降低给定BER的情况下 能承受的最大接收信道上信号的损耗 阻塞特性 Blockingcharacteristics 定义 在存在带外强信号干扰条件下接收主信号的误码率 测试目的 验证带外的强信号干扰是否阻塞基站接收机正常接收主信号 交调特性 Intermodulationcharacteristics 定义 在验证两个或多个干扰信号产生的交调信号的条件下基站接收机接收信号的BER 测试目的 验证两个或多个干扰信号产生的交调信号对接收质量的影响是否在允许的范围内 邻道选择性 Adjacentchannelselectivity 定义 在有邻信道干扰信号时 接收机接收信号的误码率 测试目的 测试当有邻信道干扰信号时 接收机的接收质量 性能测试主要的射频指标主要有 静态条件下的DCH解调质量 DemodulationofDCHinstaticpropagationconditions 定义 静态条件下的DCH解调质量是指收信机在满足BLER值不超过一定限制的静态条件下 是否能够正确解调并解码终端上行信号 测试目的 在BLER不超过限定值的静态条件情况下 验证基站接收机的解调解码能力 类似还有 动态条件下的DCH解调质量 DemodulationofDCHinmovingpropagationconditions 多径衰落条件下的DCH解调质 DemodulationofDCHinmultipathfadingconditions 验证内部块错误率计算 VerificationoftheinternalBLERCalculation 等测试项 15 43G基站测试的演进 HSDPA的引入EVM的测量EVM是误差向量幅度的意思 它以符号来表示数据的传输速率 EVM测量以百分比来表示符号偏离其位置的大小 它是基站测试中很重要的指标 例如简单的BPSK就只有简单的两个符号 两者相差180度 但是 在QPSK的时候就有四个符号 你可以想象为四点 每点相差90度 就象一个四方形的样子 四个角落就是符号的位置 EVM就是测试符号是否在角落上的那个位置 看偏离多远 在WCDMA下 主要是BPSK和QPSK调制 引入HSDPA后会用到8PSK 进一步会用到16QAM 来大大提高传输速率 那么则会以16个符号来代表 从而极大的增加了EVM测试的难度 15 53G终端一致性测试介绍 概述3G终端的成熟与否将是3G能否顺利发展的最大问题 这一点已经成为业内人士的共识 在欧洲Vodafone T mobile等移动通信运营商抱怨电信设备厂商没有能够及时提供合格的终端产品 导致了欧洲3G事业发展延缓 在日本NTTDoCoMo公司在推出3G业务两年多之后 才逐渐解决了3G终端问题 用户数量继而开始飞速增长 3G商用能否取得最终成功 终端起着至关重要的作用 正是基于这一点 相关国内国际标准化组织以及行业协会不断完善针对3G终端的测试规范和测试建议 以保证3G终端能够在各种情况下正常工作 依据目前国内3G终端的使用报告 也发现3G终端始终是一个薄弱环节 由于3G业务发展的独特性 因此运营商除了关注基站测试之外也需要把相当的精力放在对终端的关注上 不能将两者割离开来 目前运营商选择3G终端的标准是 终端的一致性测试运营商均选择的3G终端的一致性测试 是利用经过认证的测试系统和测试用例对终端射频指标与协议两方面执行一系列测试 验证其设计是否符合相关规范和标准 可以说 一致性测试是对终端最基本和最关键的测试环节 终端一致性测试介绍一个完整的3G终端测试应该包括 射频一致性测试协议一致性测试业务与功能测试互通兼容性测试路测 实际网络测试试用电磁兼容性测试人体电磁暴露安全性测试电气安全性测试环保 健康安全性测试 一致性测试是手机商用前的一项非常重要的测试 对入网手机不进行一致性测试 可能会产生严重的问题 如RF性能不符合规范的手机会影响网络容量和质量 不能在其他运营商的网络中正常运行等 不同厂家设备连接时 发生性能差异 难以保证手机在网络升级后的正常运行 因而在3GPP项目开始之初 业界就确定了一致性测试的重要性 并且成立了一专门的工作组TSG T1来制定一致性测试的协议规范 定义核心规范中对于网络设备和手机在各种可以想象的场景下的不同行为反应都作了规定 不同厂家开发的手机和不同厂家开发的网络设备 可以在任何时候任何地方进行互连互通 正是因为他们在开发的时候都遵循着同一核心规范 为了保证最终网络和手机的互连互通在商用前进行的验证网络和手机的行为规范是否与核心规范所规定的行为反应相一致的测试就是终端一致性测试 分类RF TS34 121 FDD TS34 122 TDD Protocol TS34 123 1 2 3UEconformancespec TS34 108CommontestenvironmentforUEConformancetesting TS34 109LogiCaltestinterfaceforFDDandTDD UICC USIM TS31 120UICC