TETRA移動設備測試

對于移動設備工程師來說，從模擬轉向數(shù)字系統(tǒng)將面臨哪些變化呢？

警察、消防隊員、營救人員以及其它使用移動服務的人員面對的是快速變化的新發(fā)展：符合TETRA標準的數(shù)字移動系統(tǒng)正在引入越來越多的國家和機構。在遷移過程中容易引起問題的地方并非僅僅是網(wǎng)絡技術結構本身：過去10多年來發(fā)展出的工作流程需要改變，我們目前所熟悉的面向公共安全機構的開放信道和移動服務正在成為過去。移動設備生產(chǎn)商生產(chǎn)的新設備將配備到成千上萬的用戶和車輛，甚至移動工程師的日常工作也會從根本上發(fā)生變化：由于信息的數(shù)字化傳輸，TETRA移動設備與原來采用的模擬移動設備有著完全不同的特性。未來，如何利用測試手段以及通過什么標準來判斷移動設備工作是否正常？

要求

 TETRA 空中接口的定義，即所用移動技術的描述，已在ETSI標準EN 300 392中給出。EN 300 394屬于同一系列標準，給出了新開發(fā)移動設備和基站的復雜接收測試標準。這也意味著設備維修和測試的具體步驟也可以從這些標準中導出。

對模擬無線技術，只需要一個信號發(fā)生器和一臺測試接收機就可以完成移動設備的測試。與此不同，對于TETRA技術，一臺測試設備需要仿真一個基站并啟動移動設備的注冊過程，這樣才能保證移動設備與測試設備之間的動態(tài)通信。要做到這一點，測試設備發(fā)送的控制信道必須包含與移動設備完全一樣的網(wǎng)絡參數(shù)（MCC 和 MNC，國家識別碼和網(wǎng)絡識別碼）。此外，測試儀還必須采用移動設備用于主控制信道（MCCH）和業(yè)務信道（TCH）的頻率。在許多歐洲國家，分配了兩個頻段（每個400個信道）給數(shù)字集群通信：380至400 MHz用于公共安全網(wǎng)絡，410 至 430 MHz用于專用無線網(wǎng)絡，每個頻段有10 MHz雙工空間，并且多數(shù)采用12.5 kHz信道偏移。對于全面的測試，必須在信道的上頻帶和下頻帶極限以及頻段的中間各進行一次測試。

如果測試設備的這些參數(shù)設置正確并且網(wǎng)絡模擬也啟動，那么移動設備就會在一個短時隙內(nèi)注冊到測試設備。此時，移動設備也傳送一些重要的信息，例如設備類別和支持的功能，如激活的加密方式以及最大傳輸性能。移動設備中活動的呼叫組也注冊到網(wǎng)絡（此時就是測試設備）或顯示出來。這一信息可以做為設備測試的初始結果，因為這些呼叫組也構成設備尋址的重要部分：如果移動生產(chǎn)廠中對設備進行編程時遺忘了一個組，則會導致設備會響應獨立呼叫，但卻不會響應組呼，而在使用中這是不允許發(fā)生的。因此，需要通過測試呼叫檢查是否所有相關組都在設備中正確設置。任何情況下，這一測試呼叫都會啟動技術參數(shù)的測試，從而確保移動設備的連續(xù)傳輸。

圖 1：TETRA 移動設備測試站

發(fā)射器測試

如果建立的是雙工呼叫，移動設備會立即進行發(fā)送模式；對于單工呼叫，還需要一個按下通話（push-to-talk）的按鈕，這樣發(fā)射器消息的測試結果就會顯示出來。乍看起來，發(fā)射性能的測試與模擬無線技術類似，然而：由于TETRA技術采用了TDMA（時分多址），有四個時隙，因此移動設備并非連續(xù)發(fā)射，在長56.67 ms的TDMA幀中只使用了其中的14.167 ms。發(fā)射性能的測試必須在這一活動時隙完成。技術上這沒有什么問題，GSM技術甚至在15年前就已經(jīng)采用甚至比這更短的時隙了。然而，還必須在不過載或欠載的條件下，對TETRA移動設備發(fā)射器在規(guī)定時間間隔里上升所需要的輸出電平或從這一電平下降時的情況進行測試。通常采用功率/時間模擬測量來完成這一測試，其中在規(guī)定的時間內(nèi)測量發(fā)射器開關相對于容差限值的表現(xiàn)，并以圖形方式顯示出來。容差的數(shù)值在EN 300 392 6.4.5部分給出來。如果不能夠滿足其中的容差要求，那么移動設備有問題了。在指定的時隙以外（非活動發(fā)射狀態(tài)），發(fā)射輸出必須低于規(guī)定的最小值，相對于載波最大–70 dBc或絕對最大值 –36 dBm才行。

為補償無線信號傳輸時間，整個猝發(fā)包的發(fā)射時間會稍微提前或延遲，以保證信號在準確的時間到達基站。如果稱為幀對齊的這一技術工作不正常，那么移動設備發(fā)射時段可能會落在相鄰時隙，從而干擾其它用戶的通信。相關參數(shù)可利用測試技術確定并以符號周期為單位顯示出來。

發(fā)射性能可以根據(jù)設定的步驟來設定。發(fā)射性能由TRTRA無線設備控制，是依賴于接收電平（開環(huán)功率控制）的功率控制流程的一部分。測試儀應當根據(jù)信號電平自動確定TETRA 移動設備的性能級別。

載波的頻率誤差對于TETRA信號來說比模擬傳輸時更為關鍵。對模擬載波來說，頻率不正確大多數(shù)情況“只是”導致信號失真，而對于數(shù)字TETRA信號，超過100 Hz 的頻率偏差會導致信號無法正確接收，或者連接無法建立。TETRA移動設備都具有自動頻率校正（AFC）功能，然而，這一功能主要是修正移動設備發(fā)射器的中心頻率與基站一致，大多數(shù)移動設備中這一功能僅能支持最多1 KHz的偏移。由于AFC扮演著如此重要的角色，因此測試必須覆蓋這一功能。

調制測試

調制質量測試未來也將變得相當復雜。在模擬無線公共安全系統(tǒng)中，一個重要的指標是頻率偏差，如果出現(xiàn)錯誤的話會導致信號失真或幅度過小。對于TETRA技術所采用的 π/4-DQPSK調制方式，話音并非利用頻率偏差連續(xù)傳輸?shù)�，而以�?shù)字化以后以位序列編碼的形式傳輸。TETRA信號載波是分級相位調制的，一個調制級（“符號”）傳送兩位數(shù)據(jù)。表1給出了允許的相位變化，圖2則顯示出代表相位模式的星圖，即信息如何通過DQPSK在笛卡爾坐標系統(tǒng)中傳輸?shù)姆椒�。兩個軸都標出了復雜度，向量的方向表示相位，長度則代表傳輸性能。即使粗略一看，這一圖像也顯示出許多有關調制質量的內(nèi)容。這里，典型的問題包括圓形結構的“成形”，這樣眼圖開關顯得更像蛋形（圖3），或者電路上調制向量的某個判斷點被擦除（圖4）。因此名義偏差本身構成一個（誤差）向量（圖5），其幅度即是調制質量的實際數(shù)值測量值，稱為誤差向量幅度（error vector magnitude）。在任何情況下，相位圖都不應當經(jīng)過星座圖的原點。因為這意味著傳輸功率返回到零，對于這種調制方式這是不可能的，實際上這也是這一技術的優(yōu)點之一。圓的中心點必須保持自由，與眼圖類似。

圖 2：允許相移生成的星圖

圖 3：失真的星圖；圓變成了“蛋形”

圖 4：由于星圖抖動導致的判斷點移動 

 圖 5：確定誤差向量（EVM）

接收器測試

確定接收器靈敏度的測試過程也與原來模擬無線時的方法不同。在模擬情況下，信號發(fā)生器產(chǎn)生的測試信號被降低到話音傳輸所需要的最小信噪比（S/N 或 SINAD），在確定數(shù)字接收器的靈敏度閾值時通常采用位錯率（bit error rate）。在TETRA系統(tǒng)測試時也采用信號發(fā)生器，并利用TETRA 標準中規(guī)定的位序列（T1測試信號）進行調制，其RF電平也持續(xù)緩慢降低。與模擬無線系統(tǒng)不同的是位錯率的增加是突然的，顯示出TETRA接收器中錯誤校正的重要性：如果接收電平太低，解碼就不會再進行。標準TETRA移動設備極度敏感，其動態(tài)靈敏度約為–103 dBm (靜態(tài) –112 dBm)。
不幸的是并非所有移動設備生產(chǎn)商都支持標準測試信號，這也是必須接受附加測試程序的原因：呼叫靈敏度（paging sensitivity）。此時代替位錯率測量的方法是重復向移動設備發(fā)送重新注冊的請求。移動設備最后響應的RF電平就做為其靈敏度閾值。該方法沒有位錯率測試那么精確，但卻適用于所有生產(chǎn)商生產(chǎn)的設備。當確定設備靈敏度時采用屏蔽環(huán)境會得到更高更準確的靈敏度數(shù)值。為此，業(yè)界提供了小型測試箱（屏蔽盒）。為了避免環(huán)境中無線網(wǎng)絡的干擾效率，至少需要80 dB的屏蔽能力。在這些屏蔽盒中，還可以采用天線耦合器，即簡化了測試時的固定問題，也不再需要通過特殊連續(xù)提供移動設備到測試設備間的直接連接（圖6）。

  圖 6：帶有天線耦合器的TETRA測試盒

其它變化？

TETRA移動設備的測試在TETRA 還有進一步的規(guī)定，如為了確定傳輸質量進行音調測試，以及不同測試環(huán)路下的測試。不幸的是，并非所有設備生產(chǎn)商都始終堅持符合標準規(guī)定。評估傳輸質量的最簡單最快速的方法是測試設備提供的話音環(huán)路。在此端到端測試中，麥克風和話筒也得到測試。麥克風接收到的話音經(jīng)過短暫的延遲后在移動設備的揚聲器發(fā)出。為保證雙向通信，自然需要首先建立一個雙向呼叫連接。

在TETRA終端測試中經(jīng)常出現(xiàn)問題的是空中接口加密與TEA 1 至 4的符合性；在此過程中用戶數(shù)據(jù)和信令加密后通過空中接口傳輸，因此如果不知道編碼和算法，測試設備就無法建立連接。此時，TETRA移動設備只能先在非加密透明模式下測試。因此需要移動設備能夠至少在一個信道以非加密方式工作。要解決這一問題除非在每臺移動設備測試儀中都存儲了所有編碼和算法，但在目前這是不可行的，同時也不符合TETRA標準的安全策略。

對于用戶數(shù)據(jù)端到端加密的設備也可以進行測試，因為此時信令是非加密傳輸?shù)�。然而，盡管很少遇到，仍然有些設備并非按照TEA標準進行加密。

特殊情況

在維修時，特別是更換部件時，發(fā)射器和接收器經(jīng)常需要重新校準。為此，TETRA移動測試設備還可以用做精確信號發(fā)生器和分析儀，不需要移動設備登錄，也不需要建立連接。對TETRA基站的測試也類似，當然這些測試并無法完全代替正常網(wǎng)絡運營時的測試。在特殊服務模式，基站可以在發(fā)射和接收器完成測試前啟動。如果移動臺測試儀控制了反向頻率位置-扮演一臺移動設備，即在低頻帶發(fā)射，并高頻帶接收，那么大多數(shù)測試都可以針對基站進行。

展望

利用功能強大的測量測試技術，負責安全部門和商業(yè)應用的移動設備工程師將可快速安全地滿足新的要求。自動測試流程可使員工自動檢查自己的移動設備，而用于終端編程的管理系統(tǒng)則可幫助維持網(wǎng)絡中設備的總體情況，即使設備數(shù)量龐大也沒有關系，可以幫助持續(xù)地正確記錄設備狀態(tài)。最終，正在成熟中的TETRA II配合OFDM技術借助著空中接口的最新革命！