TD-SCDMA系統(tǒng)終端HSDPA射頻一致性測(cè)試分析

摘要

3GPP Rel5版本引入的HSDPA技術(shù)，對(duì)TD-SCDMA終端的射頻性能及基帶處理能力提出了更高的要求，同時(shí)也給終端的一致性測(cè)試增加了新的內(nèi)容。本文介紹了TD-SCDMA終端HSDPA射頻一致性測(cè)試的基本原理，結(jié)合3GPP協(xié)議，對(duì)TD-SCDMA終端HSDPA射頻一致性測(cè)試的目的和方法進(jìn)行了分析。

1 引言

為了滿足用戶日益增長(zhǎng)的對(duì)高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，第三代合作組織（3GPP）在Rel5加入了HSDPA技術(shù)。HSDPA通過(guò)采用AMC和HARQ技術(shù)，引入高階調(diào)制（16QAM），在快速分組調(diào)度的基礎(chǔ)上，使得理論上TD-SCDMA HSDPA下行單載波可以達(dá)到2.8Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，大大提高了下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率。

為了讓HSDPA技術(shù)能夠成功應(yīng)用在實(shí)際的TD-SCDMA系統(tǒng)中，需要保證終端能正確實(shí)現(xiàn)HSDPA的各項(xiàng)功能，這對(duì)終端的射頻一致性測(cè)試提出了新的要求。為此，3GPP Rel5的TDD終端射頻一致性規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）專門增加了用于測(cè)試終端HSDPA各項(xiàng)功能的測(cè)試方法和參考配置，為各廠家測(cè)試終端的HSDPA性能給出了指導(dǎo)和參考。

本文首先介紹終端HSDPA射頻一致性測(cè)試的基本原理和基本概念，第二部分則結(jié)合協(xié)議分析了HSDPA各個(gè)測(cè)試用例的測(cè)試目的和測(cè)試方法，最后在產(chǎn)業(yè)化方面，介紹了星河亮點(diǎn)通信軟件有限公司推出的測(cè)試儀表SP6010為了支持HSDPA射頻一致性測(cè)試做的工作。

2  TD終端HSDPA射頻一致性測(cè)試概述

終端的HSDPA射頻一致性測(cè)試，是由系統(tǒng)模擬器（SS）提供HSDPA網(wǎng)絡(luò)側(cè)的環(huán)境，由衰落信道仿真器（FS）模擬多徑衰落環(huán)境，由加性白高斯噪聲發(fā)生器(AWGN Generator)模擬背景噪聲。SS通過(guò)模擬基站、RNC和核心網(wǎng)的基本功能，按照協(xié)議規(guī)定的信令流程把終端帶到合適的狀態(tài)，在通信過(guò)程中對(duì)終端的反饋進(jìn)行記錄，分析和評(píng)估。

HSDPA射頻測(cè)試關(guān)注的是具備了HSDPA能力的終端在與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的過(guò)程中，終端射頻發(fā)射、射頻接收以及基帶信號(hào)處理的性能是否達(dá)到了規(guī)范中的最小要求。規(guī)范的第9章給出了針對(duì)具備HSDPA能力終端的射頻測(cè)試規(guī)范，主要關(guān)注終端的三種能力：

（1）對(duì)HS-DSCH的解調(diào)能力；

（2）準(zhǔn)確上報(bào)信道質(zhì)量的能力；

（3）正確檢測(cè)HS-SCCH中關(guān)于HS-DSCH的下行控制信息的能力。

3  TD終端HSDPA射頻一致性測(cè)試分析

3.1  參考信道下的HS-DSCH吞吐量測(cè)試

此測(cè)試為了評(píng)估終端對(duì)HS-DSCH信道的解調(diào)性能。主要針對(duì)終端在多碼道復(fù)合傳輸下的接收和IR-HARQ合并處理功能的性能是衡量HSDPA終端整體性能的重要指標(biāo)。為了充分降低網(wǎng)絡(luò)側(cè)的影響，假設(shè)HS-SCCH的發(fā)射功率足夠大，使得出現(xiàn)DTX的概率非常低。

參考信道下的HS-DSCH吞吐量測(cè)試用到了信息比特吞吐量(R)，該指標(biāo)定義為在一定測(cè)試時(shí)間內(nèi)，終端成功接收到的信息比特總數(shù)除以測(cè)試時(shí)間，其單位為千比特每秒。由于HSDPA的上下行非對(duì)稱性，無(wú)法在上行鏈路將數(shù)據(jù)全部環(huán)回進(jìn)行誤碼率或誤塊率分析，能夠被環(huán)回的數(shù)據(jù)只有ACK/NACK。為了得到吞吐量，SS需要記錄每個(gè)下行發(fā)送塊的大小，并統(tǒng)計(jì)終端在HS-SICH上發(fā)送的對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)送塊的反饋情況，通過(guò)式(1)計(jì)算吞吐量。

(1)

其中，

T表示測(cè)試時(shí)間，以秒為單位，M表示整個(gè)測(cè)試過(guò)程中SS發(fā)送的下行數(shù)據(jù)塊數(shù)量，Nn和分別表示第n個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的信息比特?cái)?shù)以及終端對(duì)該數(shù)據(jù)塊的反饋信息。是統(tǒng)計(jì)信息轉(zhuǎn)化函數(shù)。

（1）固定參考信道下的HS-DSCH吞吐量測(cè)試

此測(cè)試下，網(wǎng)絡(luò)側(cè)不開啟AMC功能，而采用固定的調(diào)制編碼方式和傳輸塊大小，只考慮HARQ對(duì)HS-DSCH吞吐量的影響。規(guī)范中規(guī)定了HARQ處理相關(guān)的具體參數(shù)，包括最大傳輸次數(shù)和冗余及星座版本(RV)。SS依據(jù)規(guī)范附錄中規(guī)定的調(diào)制編碼方式和傳輸塊大小發(fā)送HS-DSCH，并以事先定義好的處理策略響應(yīng)終端的ACK/NACK/statDTX反饋，具體的處理策略見(jiàn)表1。SS通過(guò)統(tǒng)計(jì)測(cè)試過(guò)程中終端反饋的ACK，NACK以及statDTX數(shù)目，就可以由式(1)統(tǒng)計(jì)出吞吐量R。規(guī)范中給出了各種傳播環(huán)境下對(duì)吞吐量指標(biāo)的最小要求，以終端接入能力為1.1Mbit/s，調(diào)制方式為16QAM為例，規(guī)范給出的最小要求如表2所示。

表1  SS響應(yīng)ACK/NACK/DTX的行為(固定參考信道)

表2  1.1Mbit/s接入等級(jí)終端性能要求,16QAM

圖1描述了進(jìn)行固定參考信道下HS-DSCH吞吐量測(cè)試時(shí)，終端與SS間的HSDPA相關(guān)的三條物理信道交互內(nèi)容。以終端接入能力為1.1Mbit/s，調(diào)制方式為16QAM為例，按照規(guī)范給出的HARQ參數(shù)：進(jìn)程數(shù)為4，冗余版本(RV)序列為{6，2，1，5}。SS通過(guò)在HS-SCCH信道上翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于同一HARQ進(jìn)程的新數(shù)據(jù)指示(NDI)來(lái)指示終端有無(wú)新數(shù)據(jù)傳輸。新數(shù)據(jù)指示取值范圍為0和1，因?yàn)槭盏絅ACK而觸發(fā)重傳時(shí)，SS會(huì)保持NDI不變，并應(yīng)用RV序列中的后一個(gè)RV進(jìn)行重傳。

圖1  參考信道吞吐量測(cè)試HSDPA物理信道交互內(nèi)容圖

從圖1分析可知，終端沒(méi)有正確解調(diào)出HARQ第二個(gè)進(jìn)程的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊，因而通過(guò)上行HS-SICH信道反饋NACK，要求重傳；并且終端沒(méi)有正確解調(diào)出HARQ第四個(gè)進(jìn)程數(shù)據(jù)塊在HS-SCCH上的控制信息，造成了statDTX。

（2）可變參考信道下的HS-DSCH吞吐量測(cè)試

此測(cè)試主要測(cè)試的是終端AMC的處理能力，SS需要依據(jù)終端在HS-SICH信道上反饋的信道質(zhì)量標(biāo)識(shí)(CQI)報(bào)告中的RMF，RTBS字段來(lái)設(shè)置HS-DSCH發(fā)送數(shù)據(jù)塊的大小和調(diào)制編碼方式。為了消除HARQ重傳對(duì)吞吐量的影響，規(guī)范規(guī)定HARQ的最大傳輸次數(shù)為1，即不允許重傳，這樣不論終端在HS-SICH上回復(fù)ACK，NACK或是statDTX，SS都將忽略該字段的信息，只發(fā)送新數(shù)據(jù)。

與固定參考信道測(cè)試中吞吐量的統(tǒng)計(jì)方法不同，為了統(tǒng)計(jì)可變參考信道的吞吐量，SS必須為每一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)塊保留傳輸塊大小的記錄和相應(yīng)的終端反饋，當(dāng)記錄的響應(yīng)次數(shù)達(dá)到2000后，依據(jù)式(1)計(jì)算吞吐量R，規(guī)范給出了各種傳播環(huán)境下對(duì)吞吐量指標(biāo)的最小要求，以終端接入能力為1.1Mbit/s的情況下，規(guī)范給出的最小要求如表3所示。

表3  1.1Mbit/s接入等級(jí)終端性能要求

SS和終端的HS-SCCH，HS-PDSCH以及HS-SICH的交互內(nèi)容與固定參考信道的吞吐量測(cè)試大致相同，只是下行HS-PDSCH數(shù)據(jù)塊的大小和調(diào)制編碼方式不再是固定的，會(huì)根據(jù)終端上報(bào)的CQI發(fā)生改變。

3.2  HS-DSCH信道質(zhì)量標(biāo)識(shí)報(bào)告測(cè)試

此測(cè)試評(píng)估在靜態(tài)傳播環(huán)境配置下終端上報(bào)的CQI報(bào)告的準(zhǔn)確性。終端上報(bào)的CQI報(bào)告是基站進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制編碼的主要依據(jù)。CQI報(bào)告的準(zhǔn)確性將直接影響整個(gè)HSDPA通信系統(tǒng)的吞吐量。HS-DSCH的信道質(zhì)量指示(CQI)報(bào)告測(cè)試主要針對(duì)終端內(nèi)部進(jìn)行信道測(cè)量的功能單元。CQI報(bào)告的準(zhǔn)確性包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：第一是收斂性，即在傳播環(huán)境相對(duì)不變時(shí)，終端上報(bào)的CQI報(bào)告應(yīng)當(dāng)在較小的范圍內(nèi)變動(dòng)，具有足夠小的方差。第二是有效性，即當(dāng)基站按照終端在CQI報(bào)告中推薦的傳輸塊大小(RTBS)發(fā)送時(shí)，能夠保證一定的鏈路通信質(zhì)量，具有足夠小的BLER。規(guī)范采取兩步走的方式測(cè)試準(zhǔn)確性的這兩個(gè)方面，即僅對(duì)CQI報(bào)告滿足收斂性要求的終端再進(jìn)行CQI報(bào)告的有效性測(cè)試。

（1）CQI報(bào)告的收斂性測(cè)試

在CQI報(bào)告收斂性測(cè)試中，SS需要依據(jù)在HS-SICH信道上接收到的終端的信道質(zhì)量標(biāo)識(shí)（CQI）報(bào)告來(lái)設(shè)置HS-DSCH發(fā)送傳輸塊的大小和調(diào)制編碼方式。SS需要記錄每一個(gè)接收到的CQI報(bào)告中RTBS的取值，并對(duì)終端反饋的ACK，NACK或statDTX進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)SS接收到的CQI報(bào)告總數(shù)達(dá)到2000后，SS對(duì)終端在測(cè)試過(guò)程中所有CQI報(bào)告中RTBS的取值進(jìn)行頻度統(tǒng)計(jì)，得出RTBS取值的累積頻度分布，定義累積頻度分布≥50%時(shí)，對(duì)應(yīng)的第一個(gè)RTBS取值為CQI中值。

規(guī)范要求所有CQI報(bào)告中，90%的RTBS取值必須在CQI中值左右一定范圍內(nèi)，依據(jù)具體的測(cè)試條件不同，該范圍為±2或±3。

（2）CQI報(bào)告的有效性測(cè)試

只有通過(guò)了CQI報(bào)告收斂性測(cè)試的終端，才能進(jìn)行CQI報(bào)告的有效性測(cè)試。與收斂性測(cè)試不同，在有效性測(cè)試中，SS將不再依據(jù)終端CQI報(bào)告進(jìn)行AMC處理，代之以固定的傳輸塊大小在HS-DSCH發(fā)送數(shù)據(jù)，而這個(gè)傳輸塊大小對(duì)應(yīng)于CQI報(bào)告收斂性測(cè)試中得到的CQI中值。有效性測(cè)試的指標(biāo)為BLER，規(guī)范要求在SS以CQI中值進(jìn)行下行傳輸時(shí)，BLER不大于0.1。式(2)給出了BLER的計(jì)算方法：

(2)

當(dāng)下行發(fā)送的數(shù)據(jù)塊大小固定時(shí)，即，，吞吐量R與BLER間存在對(duì)應(yīng)（3）的關(guān)系。

(3)

3.3  HS-SCCH捕獲性能測(cè)試

由于HS-DSCH信道為共享信道，其控制信息全由HS-SCCH承載，終端若想正確解調(diào)HS-DSCH上的數(shù)據(jù)，必須正確檢測(cè)HS-SCCH。故終端對(duì)HS-SCCH的檢測(cè)能力是HSDPA的高速下行傳輸?shù)那疤�。�?guī)范通過(guò)觀測(cè)statDTX的方法來(lái)測(cè)試HS-SCCH的性能，以事件發(fā)生的概率給出對(duì)HS-SCCH檢測(cè)性能的最小要求。事件定義為當(dāng)SS通過(guò)HS-SCCH指示終端將有屬于它的下行數(shù)據(jù)被發(fā)送，而SS卻在相應(yīng)的HS-SICH的ACK/NACK字段觀測(cè)到一次statDTX。該測(cè)試進(jìn)行時(shí)，終端會(huì)在下行檢測(cè)到4個(gè)不同的HS-SCCH，但只有其中的一個(gè)HS-SCCH，攜帶有被測(cè)終端的身份標(biāo)識(shí)。

測(cè)試中，HS-DSCH的調(diào)制編碼方式以及HARQ參數(shù)與固定參考信道下HS-DSCH吞吐量測(cè)試的配置相同。為了保證終端不會(huì)由于錯(cuò)過(guò)HS-DPSCH而產(chǎn)生statDTX，規(guī)范要求測(cè)試過(guò)程中SS需要保持足夠高的HS-DPSCH功率。

SS通過(guò)統(tǒng)計(jì)整個(gè)測(cè)試過(guò)程中在HS-SICH信道上得到的ACK，NACK以及statDTX數(shù)目來(lái)計(jì)算，參見(jiàn)式(4)：

(4)

其中，

規(guī)范給出了各種傳播環(huán)境下的上限，具體如表4所示。

表4  HS-SCCH捕獲的最小測(cè)試要求

(1.28Mcps TDD option)

4  結(jié)束語(yǔ)

為了讓HSDPA技術(shù)成功應(yīng)用在實(shí)際的TD-SCDMA系統(tǒng)中，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，很多儀表廠商都積極進(jìn)行著支持TD-SCDMA系統(tǒng)終端HSDPA射頻一致性測(cè)試儀表的開發(fā)，其中北京星河亮點(diǎn)通信軟件有限責(zé)任公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成基于3GPP Rel5的協(xié)議棧和物理層的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，公司推出的SP6010 TD-SCDMA終端綜合測(cè)試儀只需通過(guò)簡(jiǎn)單升級(jí)即可獲得完美支持規(guī)范對(duì)HSDPA射頻一致性測(cè)試的要求。除此之外，SP6010還將提供眾多的物理層參數(shù)和協(xié)議棧參數(shù)，用戶可以按需靈活配置完成測(cè)試。