CDMA2000 1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

蔡偉　胡旭明　林日光
　　摘要：中國(guó)聯(lián)通CDMA2000 1X無線數(shù)據(jù)傳輸已在全國(guó)范圍內(nèi)展開，無線網(wǎng)絡(luò)性能是用戶也是運(yùn)營(yíng)商關(guān)心的問題。無線網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試包括CQT和DT兩個(gè)方面。CQT包括呼叫建立測(cè)試、休眠重激活測(cè)試、傳輸時(shí)延測(cè)試等。DT主要測(cè)試用戶吞吐量、FER、SCH速率分布、手機(jī)發(fā)射功率等。


　　關(guān)鍵詞：CDMA2000 1X 無線網(wǎng)絡(luò) 性能測(cè)試


1.引言


　　當(dāng)今的社會(huì)是信息的社會(huì)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求增長(zhǎng)強(qiáng)勁。移動(dòng)數(shù)據(jù)通信作為移動(dòng)通信與數(shù)據(jù)通信的結(jié)合點(diǎn)，是對(duì)移動(dòng)通信與數(shù)據(jù)通信的補(bǔ)充，有著廣闊的市場(chǎng)與發(fā)展前景。對(duì)于移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商而言，則意味著無限的商機(jī)。綜觀當(dāng)前的通信業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)速度高于話音業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，2005年移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占到無線業(yè)務(wù)量的70%，而我國(guó)在大體相同的時(shí)間，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也將占到無線業(yè)務(wù)總量的40%以上。隨著中國(guó)移動(dòng)的GPRS、中國(guó)聯(lián)通的CDMA以及第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的逐步商用，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有望與固定數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相媲美。2003年3月28日，中國(guó)聯(lián)通在全國(guó)31個(gè)省會(huì)城市推出CDMA2000 1X無線數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)。這意味著聯(lián)通將以醞釀已久的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與移動(dòng)全面交鋒。CDMA2000 1X網(wǎng)絡(luò)的性能如何是運(yùn)營(yíng)商也是用戶關(guān)心的問題。其中，空中接口部分是制約數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能的“瓶頸”，因此必須加強(qiáng)對(duì)CDMA2000 1X無線網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)試。



2.CDMA2000 1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)



　　CDMA2000 1X的空中信道支持的調(diào)制方式在兼容IS-95的基礎(chǔ)上進(jìn)行了極大的增強(qiáng)，其中：(1)采用了前向快速功控，提高了前向信道的容量；(2)提供反向?qū)ьl信道，使反向相干解調(diào)成為可能；(3)業(yè)務(wù)信道可采用比卷積碼更高效的Turbo碼，進(jìn)一步提高了容量；(4)引入了快速尋呼信道，減少了移動(dòng)臺(tái)功耗，提高了移動(dòng)臺(tái)的待機(jī)時(shí)間 ；(5)可采用發(fā)射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力。仿真與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，CDMA2000 1X系統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)容量是 IS-95系統(tǒng)的２倍。從傳輸速率來看，IS-95標(biāo)準(zhǔn)的速率集（RC1,RC2）是CDMA2000 1X速率集的一個(gè)子集。同時(shí)，CDMA2000 1X提供增強(qiáng)速率集：前向 RC3-RC9，反向 RC3-RC6，對(duì)于不同的環(huán)境可以采用不同的高速空中信道速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，而滿足了第三代移動(dòng)通信高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求 。



　　為了在CDMA2000 1X網(wǎng)絡(luò)中開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，美國(guó)高通公司提出了無線鏈路協(xié)議(RLP)。RLP的目的是在CDMA業(yè)務(wù)信道中提供類似于有線網(wǎng)絡(luò)可靠性的數(shù)據(jù)傳輸。從RLP的上層PPP層來看，傳輸有著差錯(cuò)率很小的高可靠性。



　　在CDMA2000的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，增加了二個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：包控制功能（PCF） 和分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)（PDSN）。PCF一般與BSC在一起。PCF的功能主要是在BSC和PDSN提供PPP幀的傳輸，它是RLP連接的終止點(diǎn)。PDSN是PPP連接的終止點(diǎn)，提供IP數(shù)據(jù)包的路由。



　　在CDMA2000中，前向業(yè)務(wù)信道有基本信道（FCH）、輔助信道（SCH）和專用控制信道(DCCH)，聯(lián)通現(xiàn)在沒有使用DCCH。按照標(biāo)準(zhǔn)，最多可以同時(shí)分配兩個(gè)SCH，但現(xiàn)今的芯片只支持一個(gè)SCH。聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)中，SCH最多支持153.6kbps的傳輸速率，加上FCH 9.6kbps 的傳輸速率，理論上，最多達(dá)到163.2kbps的傳輸速率。



　　CDMA中數(shù)據(jù)傳輸有兩種模型：中繼模型(Relay Model)和網(wǎng)絡(luò)模型(Network Model)，現(xiàn)在使用的多的是中繼模型。




3. 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試



3.1 測(cè)試方法



　　測(cè)試采用中繼模型，將CDMA手機(jī)與筆記本電腦終端通過RS232串行口連接。在電腦上啟動(dòng)應(yīng)用程序和測(cè)試軟件。使用命令“Ping”或者上傳下載數(shù)據(jù)來測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能。根據(jù)測(cè)試軟件的統(tǒng)計(jì)獲得網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)。



3.2 CQT(Call Quality Test)



　　CQT原意是指撥打質(zhì)量測(cè)試，我們?cè)谶@里是指在固定的地點(diǎn)測(cè)試無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能。CQT必須首先記錄地理位置、蜂窩小區(qū)號(hào)、PN碼，接收電平，Ec/Io。CDMA2000 1X CQT包括以下幾個(gè)方面：



3.2.1呼叫建立測(cè)試



　　呼叫建立測(cè)試包括成功率和時(shí)延兩個(gè)方面的測(cè)試。在這里我們沿用“呼叫”這個(gè)語音業(yè)務(wù)中的詞語，實(shí)際上是指數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（Data Call）。呼叫建立成功率和時(shí)延能夠切實(shí)影響用戶使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)的感受，也是評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。呼叫建立成功率的計(jì)算公式為：



呼叫建立成功率＝成功建立呼叫的次數(shù)/嘗試建立呼叫的次數(shù)



　　呼叫建立時(shí)延主要由二部分組成：空中接口建立時(shí)延和PPP建立時(shí)延�？罩薪涌诮�立時(shí)延在信令上是指從Origination Message 到Service Connect Completion Message之間的時(shí)間開銷(約３秒)。PPP建立時(shí)延在信令上是指從LCP Configuration Request到 IPCP Configure ACK之間的時(shí)間開銷(約５秒)。



　　呼叫建立成功率低意味用戶需要多次才能連上網(wǎng)絡(luò)，建立時(shí)延長(zhǎng)意味著用戶必須等待較長(zhǎng)的時(shí)間，這些都是運(yùn)營(yíng)商需要優(yōu)化的方面。



3.2.2休眠模式(Dormant Mode)重激活測(cè)試



　　在數(shù)據(jù)傳輸中，如果用戶較長(zhǎng)一段時(shí)間不傳輸數(shù)據(jù)，則移動(dòng)臺(tái)會(huì)從激活模式進(jìn)入休眠模式。如果此時(shí)用戶又要開始傳輸數(shù)據(jù)，則移動(dòng)臺(tái)必須從休眠模式重新進(jìn)入激活模式。如果重激活的時(shí)間很短，用戶就感覺可以隨時(shí)隨地的傳輸數(shù)據(jù)，好象永遠(yuǎn)在線一樣。因此有必要測(cè)量從休眠模式到激活模式所需的時(shí)間開銷。



　　重激活有兩種情況，一種由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起，另一種由移動(dòng)臺(tái)側(cè)發(fā)起，都可以在移動(dòng)臺(tái)處于休眠模式下使用“Ping”命令進(jìn)行測(cè)試。由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的重激活，可以通過其它終端Ping移動(dòng)臺(tái)的IP地址，在信令上計(jì)算從General Page Message到Service Connect Completion Message的時(shí)間開銷。由移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的重激活，可以通過該移動(dòng)臺(tái)Ping某網(wǎng)絡(luò)側(cè)的IP地址，在信令上計(jì)算從Origination Message到Service Connect Completion Message的時(shí)間開銷。



3.2.3傳輸時(shí)延測(cè)試



　　傳輸時(shí)延測(cè)試是測(cè)量終端設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)出口路由器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)回時(shí)間(Round Trip Time)。方法是在終端設(shè)備上使用命令”Ping”出口路由器。測(cè)量時(shí)可以采用不同大小的段(Segment)，以期能獲得更為可靠的結(jié)果。



3.2.4 用戶吞吐量（即傳輸速率）



　　用戶吞吐量（即傳輸速率）是網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)，它可以在各個(gè)不同的協(xié)議層上測(cè)試，例如：物理層、RLP層、應(yīng)用層。從下層到上層，速率逐漸降低，這是由于各層添加新的包頭增加了額外開銷。對(duì)于不同的協(xié)議層，我們可以繪制吞吐量隨時(shí)間或者地理位置變化的圖形。經(jīng)過實(shí)測(cè)可以看到，CDMA2000 1X在應(yīng)用層上的速率最高可以達(dá)到130kbps，這比實(shí)測(cè)的GPRS的速率要高許多。



3.3 DT(Drive Test)



　　DT也就是覆蓋測(cè)試，是通過驅(qū)車沿一定道路行駛時(shí)測(cè)量無線網(wǎng)絡(luò)性能的一種方法。在DT中我們模擬實(shí)際用戶，不斷的上傳或者下載不同大小的文件，通過測(cè)試軟件的統(tǒng)計(jì)分析，獲得網(wǎng)絡(luò)性能的一些指標(biāo)。



下面是幾個(gè)主要的測(cè)試內(nèi)容：



3.3.1 用戶吞吐量（即傳輸速率）



　　DT中的用戶吞吐量測(cè)試與CQT中的測(cè)試有一定的區(qū)別。在DT中，由于移動(dòng)臺(tái)不斷的移動(dòng)，在小區(qū)邊界要發(fā)生切換，增加了信令開銷，而且SCH一般都不能夠軟切換，另外電磁波的傳播也受到移動(dòng)速度的影響，因此一般來說，DT中的吞吐量要比CQT中的小。



3.3.1 SCH速率分布



　　由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，基站�?huì)給移動(dòng)臺(tái)分配SCH，在分配的同時(shí)，指配SCH的傳輸速率。聯(lián)通現(xiàn)階段有1x(9.6kbps)，2x(16.2kbps)，4x(38.4kbps)，8x(76.8kbps)，16x(153.6kbps)這幾種速率。在DT中，我們統(tǒng)計(jì)各種速率（1x，2x，4x，8x，16x）的SCH所占的比例，然后可以繪制餅狀圖、柱狀圖或者地理圖。



3.3.2 誤幀率(FER)



　　誤幀率包括基本信道誤幀率（FER_FCH）和輔助信道誤幀率（FER_SCH）。誤幀率高說明無線信道質(zhì)量不好，需要調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，使誤幀率小于一定的數(shù)值。同時(shí)可以看到，對(duì)于FCH和SCH的不同速率，F(xiàn)ER是不同的。



3.3.3 前向鏈路SCH分配時(shí)長(zhǎng)（Forward Link SCH Burst Duration）



　　前向鏈路SCH分配時(shí)長(zhǎng)，是指多個(gè)用戶在使用同一個(gè)SCH信道時(shí)，每次分配給每個(gè)用戶的使用時(shí)間。聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)一般定為16幀（320ms）或者32幀(640ms)，我們可以統(tǒng)計(jì)各種時(shí)長(zhǎng)的分配比例，繪制餅狀或柱狀分布圖。



3.3.4 FCH激活集的大小



　　在CDMA中引入了軟切換技術(shù)，可以先接通新的鏈路再拆掉舊的鏈路，這樣提高了切換的可靠性和通話質(zhì)量，但是也占用了更多的信道板資源。因此有必要測(cè)量FCH激活集的大小，看看網(wǎng)絡(luò)中各種軟切換所占的比例。



3.2.5 Ec/Io



　　信號(hào)的Ec/Io必須超過一定的門限，這是CDMA網(wǎng)絡(luò)通信的前提。考察網(wǎng)絡(luò)中承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也必須測(cè)量Ec/Io的大小。



3.2.6 手機(jī)發(fā)射功率



　　CDMA手機(jī)宣傳的一個(gè)買點(diǎn)是其輻射功率小。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，由于SCH的引入，數(shù)據(jù)傳輸速率提高，相應(yīng)的輻射功率也會(huì)增強(qiáng)，因此有必要測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸過程中手機(jī)發(fā)射功率的大小。



4．總結(jié)



　　中國(guó)聯(lián)通CDMA2000 1X的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已在全國(guó)范圍內(nèi)展開，它在速度方面相對(duì)于中國(guó)移動(dòng)的GPRS 有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。目前的GPRS理論速度雖然超過100kbps，但是實(shí)際傳送的速度只有20kbps左右。在數(shù)據(jù)通信中，速度的高低往往決定了業(yè)務(wù)的前途，因此必須最大限度發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的潛能。隨著更多用戶的加入，無線網(wǎng)絡(luò)性能有可能惡化，因此必須加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)試，優(yōu)化系統(tǒng)，為用戶提供更好的服務(wù)，這也有利于提高運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)力。




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