TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

摘要

3GPP Rel5版本引入的HSDPA技术,对TD-SCDMA终端的射频性能及基带处理能力提出了更高的要求,同时也给终端的一致性测试增加了新的内容。本文介绍了TD-SCDMA终端HSDPA射频一致性测试的基本原理,结合3GPP协议,对TD-SCDMA终端HSDPA射频一致性测试的目的和方法进行了分析。

1 引言

为了满足用户日益增长的对高速分组数据业务的需求,第三代合作组织(3GPP)在Rel5加入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC和HARQ技术,引入高阶调制(16QAM),在快速分组调度的基础上,使得理论上TD-SCDMA HSDPA下行单载波可以达到2.8Mbit/s的数据传输速率,大大提高了下行容量和数据业务速率。

为了让HSDPA技术能够成功应用在实际的TD-SCDMA系统中,需要保证终端能正确实现HSDPA的各项功能,这对终端的射频一致性测试提出了新的要求。为此,3GPP Rel5的TDD终端射频一致性规范(以下简称规范)专门增加了用于测试终端HSDPA各项功能的测试方法和参考配置,为各厂家测试终端的HSDPA性能给出了指导和参考。

本文首先介绍终端HSDPA射频一致性测试的基本原理和基本概念,第二部分则结合协议分析了HSDPA各个测试用例的测试目的和测试方法,最后在产业化方面,介绍了星河亮点通信软件有限公司推出的测试仪表SP6010为了支持HSDPA射频一致性测试做的工作。

2  TD终端HSDPA射频一致性测试概述

终端的HSDPA射频一致性测试,是由系统模拟器(SS)提供HSDPA网络侧的环境,由衰落信道仿真器(FS)模拟多径衰落环境,由加性白高斯噪声发生器(AWGN Generator)模拟背景噪声。SS通过模拟基站、RNC和核心网的基本功能,按照协议规定的信令流程把终端带到合适的状态,在通信过程中对终端的反馈进行记录,分析和评估。

HSDPA射频测试关注的是具备了HSDPA能力的终端在与网络进行通信的过程中,终端射频发射、射频接收以及基带信号处理的性能是否达到了规范中的最小要求。规范的第9章给出了针对具备HSDPA能力终端的射频测试规范,主要关注终端的三种能力:

(1)对HS-DSCH的解调能力;

(2)准确上报信道质量的能力;

(3)正确检测HS-SCCH中关于HS-DSCH的下行控制信息的能力。

3  TD终端HSDPA射频一致性测试分析

3.1  参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试

此测试为了评估终端对HS-DSCH信道的解调性能。主要针对终端在多码道复合传输下的接收和IR-HARQ合并处理功能的性能是衡量HSDPA终端整体性能的重要指标。为了充分降低网络侧的影响,假设HS-SCCH的发射功率足够大,使得出现DTX的概率非常低。

参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试用到了信息比特吞吐量(R),该指标定义为在一定测试时间内,终端成功接收到的信息比特总数除以测试时间,其单位为千比特每秒。由于HSDPA的上下行非对称性,无法在上行链路将数据全部环回进行误码率或误块率分析,能够被环回的数据只有ACK/NACK。为了得到吞吐量,SS需要记录每个下行发送块的大小,并统计终端在HS-SICH上发送的对应每个发送块的反馈情况,通过式(1)计算吞吐量。

TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析(1)

其中,TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

T表示测试时间,以秒为单位,M表示整个测试过程中SS发送的下行数据块数量,Nn和分别表示第n个数据块包含的信息比特数以及终端对该数据块的反馈信息。是统计信息转化函数。

(1)固定参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试

此测试下,网络侧不开启AMC功能,而采用固定的调制编码方式和传输块大小,只考虑HARQ对HS-DSCH吞吐量的影响。规范中规定了HARQ处理相关的具体参数,包括最大传输次数和冗余及星座版本(RV)。SS依据规范附录中规定的调制编码方式和传输块大小发送HS-DSCH,并以事先定义好的处理策略响应终端的ACK/NACK/statDTX反馈,具体的处理策略见表1。SS通过统计测试过程中终端反馈的ACK,NACK以及statDTX数目,就可以由式(1)统计出吞吐量R。规范中给出了各种传播环境下对吞吐量指标的最小要求,以终端接入能力为1.1Mbit/s,调制方式为16QAM为例,规范给出的最小要求如表2所示。

TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

表1  SS响应ACK/NACK/DTX的行为(固定参考信道)

TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

表2  1.1Mbit/s接入等级终端性能要求,16QAM

图1描述了进行固定参考信道下HS-DSCH吞吐量测试时,终端与SS间的HSDPA相关的三条物理信道交互内容。以终端接入能力为1.1Mbit/s,调制方式为16QAM为例,按照规范给出的HARQ参数:进程数为4,冗余版本(RV)序列为{6,2,1,5}。SS通过在HS-SCCH信道上翻转对应于同一HARQ进程的新数据指示(NDI)来指示终端有无新数据传输。新数据指示取值范围为0和1,因为收到NACK而触发重传时,SS会保持NDI不变,并应用RV序列中的后一个RV进行重传。

TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

图1  参考信道吞吐量测试HSDPA物理信道交互内容图

从图1分析可知,终端没有正确解调出HARQ第二个进程的第一个数据块,因而通过上行HS-SICH信道反馈NACK,要求重传;并且终端没有正确解调出HARQ第四个进程数据块在HS-SCCH上的控制信息,造成了statDTX。

(2)可变参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试

此测试主要测试的是终端AMC的处理能力,SS需要依据终端在HS-SICH信道上反馈的信道质量标识(CQI)报告中的RMF,RTBS字段来设置HS-DSCH发送数据块的大小和调制编码方式。为了消除HARQ重传对吞吐量的影响,规范规定HARQ的最大传输次数为1,即不允许重传,这样不论终端在HS-SICH上回复ACK,NACK或是statDTX,SS都将忽略该字段的信息,只发送新数据。

与固定参考信道测试中吞吐量的统计方法不同,为了统计可变参考信道的吞吐量,SS必须为每一个发送数据块保留传输块大小的记录和相应的终端反馈,当记录的响应次数达到2000后,依据式(1)计算吞吐量R,规范给出了各种传播环境下对吞吐量指标的最小要求,以终端接入能力为1.1Mbit/s的情况下,规范给出的最小要求如表3所示。

TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

表3  1.1Mbit/s接入等级终端性能要求

SS和终端的HS-SCCH,HS-PDSCH以及HS-SICH的交互内容与固定参考信道的吞吐量测试大致相同,只是下行HS-PDSCH数据块的大小和调制编码方式不再是固定的,会根据终端上报的CQI发生改变。

3.2  HS-DSCH信道质量标识报告测试

此测试评估在静态传播环境配置下终端上报的CQI报告的准确性。终端上报的CQI报告是基站进行自适应调制编码的主要依据。CQI报告的准确性将直接影响整个HSDPA通信系统的吞吐量。HS-DSCH的信道质量指示(CQI)报告测试主要针对终端内部进行信道测量的功能单元。CQI报告的准确性包含两个方面的内容:第一是收敛性,即在传播环境相对不变时,终端上报的CQI报告应当在较小的范围内变动,具有足够小的方差。第二是有效性,即当基站按照终端在CQI报告中推荐的传输块大小(RTBS)发送时,能够保证一定的链路通信质量,具有足够小的BLER。规范采取两步走的方式测试准确性的这两个方面,即仅对CQI报告满足收敛性要求的终端再进行CQI报告的有效性测试。

(1)CQI报告的收敛性测试

在CQI报告收敛性测试中,SS需要依据在HS-SICH信道上接收到的终端的信道质量标识(CQI)报告来设置HS-DSCH发送传输块的大小和调制编码方式。SS需要记录每一个接收到的CQI报告中RTBS的取值,并对终端反馈的ACK,NACK或statDTX进行计数。当SS接收到的CQI报告总数达到2000后,SS对终端在测试过程中所有CQI报告中RTBS的取值进行频度统计,得出RTBS取值的累积频度分布,定义累积频度分布≥50%时,对应的第一个RTBS取值为CQI中值。

规范要求所有CQI报告中,90%的RTBS取值必须在CQI中值左右一定范围内,依据具体的测试条件不同,该范围为±2或±3。

(2)CQI报告的有效性测试

只有通过了CQI报告收敛性测试的终端,才能进行CQI报告的有效性测试。与收敛性测试不同,在有效性测试中,SS将不再依据终端CQI报告进行AMC处理,代之以固定的传输块大小在HS-DSCH发送数据,而这个传输块大小对应于CQI报告收敛性测试中得到的CQI中值。有效性测试的指标为BLER,规范要求在SS以CQI中值进行下行传输时,BLER不大于0.1。式(2)给出了BLER的计算方法:

(2)

当下行发送的数据块大小固定时,即,,吞吐量R与BLER间存在对应(3)的关系。

(3)

3.3  HS-SCCH捕获性能测试

由于HS-DSCH信道为共享信道,其控制信息全由HS-SCCH承载,终端若想正确解调HS-DSCH上的数据,必须正确检测HS-SCCH。故终端对HS-SCCH的检测能力是HSDPA的高速下行传输的前提。规范通过观测statDTX的方法来测试HS-SCCH的性能,以事件发生的概率给出对HS-SCCH检测性能的最小要求。事件定义为当SS通过HS-SCCH指示终端将有属于它的下行数据被发送,而SS却在相应的HS-SICH的ACK/NACK字段观测到一次statDTX。该测试进行时,终端会在下行检测到4个不同的HS-SCCH,但只有其中的一个HS-SCCH,携带有被测终端的身份标识。

测试中,HS-DSCH的调制编码方式以及HARQ参数与固定参考信道下HS-DSCH吞吐量测试的配置相同。为了保证终端不会由于错过HS-DPSCH而产生statDTX,规范要求测试过程中SS需要保持足够高的HS-DPSCH功率。

SS通过统计整个测试过程中在HS-SICH信道上得到的ACK,NACK以及statDTX数目来计算,参见式(4):

(4)

其中,

规范给出了各种传播环境下的上限,具体如表4所示。

表4  HS-SCCH捕获的最小测试要求

(1.28Mcps TDD option)

TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

4  结束语

为了让HSDPA技术成功应用在实际的TD-SCDMA系统中,加快产业化进程,很多仪表厂商都积极进行着支持TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试仪表的开发,其中北京星河亮点通信软件有限责任公司的研发团队已经完成基于3GPP Rel5的协议栈和物理层的开发和实现,公司推出的SP6010 TD-SCDMA终端综合测试仪只需通过简单升级即可获得完美支持规范对HSDPA射频一致性测试的要求。除此之外,SP6010还将提供众多的物理层参数和协议栈参数,用户可以按需灵活配置完成测试。

作者:廖昕 唐晓晟 唐恬 赵璨   来源:电信网技术
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