量测WCDMA终端设备接收器的新方法
出处:guorock 发布于:2009-09-08 15:40:29
为了量测WCDMA终端设备(UE)的解调器效能所发展出的33 kbps参考量测频道(RMC)可提供一种新方法,协助工程师分析出接收器在RF频域内的各种效能,这类的效能若使用标准的错误修正演算法往往会被遮盖住。这篇文章将针对三款不同机种的WCDMA UE进行效能量测并提出测试的结果。
前言
已经开始着手佈建第三代(3G)的行动电话系统,因此需要在设计阶段和生产制造阶段进行终端设备(UE - 相当于2G系统的MT行动终端装置)的测试。3GPP标准已经规定的一个测试项目是位元错误率(BER)测试,它是透过一个12.2 kbps的参考量测频道(RMC)[1,2]来进行的。然而,这项测试只能*估出UE在频道解码之后的整体位元错误效能,无法另外针对解调器本身的效能提供必要的资讯。尽管解调器的效能是影响接收器好坏相当重要的一环,特别是在设计阶段,但在现行的3GPP标准中,一旦解调器被整合到UE中之后,就不会再对它进行*估了。虽然如此,在设定12.2k的RMC时,只要在通话连结上做一些小修改,就可以建构出一种新的频道,该频道不会在上传连结或下传连结上使用错误修正的功能,因此可以产生一个回传(loopback)连结来测试接收器的效能,相较于一般的连结,可以更详细地揭露出RF相关的问题。
回传测试的设置方式
图1的方块图画出了回传测试[3]时,系统模拟器(测试机组)与UE之间的连接方式。在测试机组中产生的资料位元会以“10110001101”的数码来表示,并且在radio bearer测试模式连结的时候,透过12.2 kbps的参考量测频道传送到UE上,如参考资料[1,2]中所述。UE会解出资料位元,并将同一份资料回传给测试机组,接着测试机组会比较传送出去的资料和接收到的资料,然后计算出位元错误率。
图1:系统模拟器与终端设备之间的回传路径。
位元错误率(BER)的定义是所接收到的错误位元数和送出的所有资料位元数的比[3],这些位元指的是迴旋乘积/超级解码器输出端的资讯位元。当测试机组量测回传的位元错误率时,会在下传连结的专用流量频道(DTCH)上,将一段已知的资料数码传送给设定为回传模式的UE,UE会将资料解码,并在上传连结的DTCH上将资料重新传送出去。测试机组会分析上传的资料,看看它与原先透过下传连结送出的资料位元的吻合情况。测试机组会比较下传和上传资料的一个传输区块,量测所得的结果(亦即位元错误率)就是所接收到的不正确位元数与送给UE的总位元数的比。测试UE的接收器效能时,会假设上传连结不会发生资料错误的情况,如果在上传连结发生任何的错误,接收器测试就会完全无效。
原先12.2 kbps RMC的实作方式
图2是专用实体资料频道(DPDCH)的建构方式,它是透过将一个DTCH和一个专用控制频道(DCCH)的资料加以多工处理所形成的。在每一个20 ms的DTCH讯框(frame)内,会产生244个位元的资料,因此原始的资料速率为244个位元/20 ms = 12.2 kbps。接着会再加上24个循环检查码(CRC)和尾部位元,并将整个资料区块转入一个1/3速率的迴旋乘积编码器(convolutional encoder)中。之后,每804个编码好的资料位元中,会将126个位元打孔(puncture),只留下688个位元供接下来的阶段使用。在进行回传测试的时候,会透过DTCH来传送已知的测试资料数码,构成12.2 kbps的RMC。
图2:专用实体资料频道(DPDCH)的建构方式。
3GPP的标准定义了两种回传的类型,如图3所示。就类而言,如果封包资料是radio bearer的话,回传的位置可以在封包资料收敛协定(PDCP)层之上,或是如果使用RMC的话,则在无线连结控制(RLC)层的上面。第二类回传可提供测试区块错误率(BLER)的方法,首先,测试机组会将传输区块以及计算出来的CRC传送给UE,当UE解出传输区块和CRC之后(这两项可能都会含有错误),会将同一传输区块和CRC透过上传连结回传给测试机组。测试机组会依据所接收到的传输区块计算出相对应的CRC,并将之与先前送给UE的资料进行比较,当这两个CRC不一样的时候,就表示出现了区块错误。若要成功地进行这种类型的BLER测试,测试机组必须要能确定UE可以将上传传输区块的大小设定为足以包含原始的传输区块资料和CRC。第二类回传的另一个条件是要求UE不要在上传连结上传送计算出来的CRC,但要将下传连结上所接收到的资料直接再传送出去。
图3:类和第二类的回传
新的33 kbps RMC的实作方式
传送radio bearer设定讯息给UE的时候,3GPP规格一开始允许为传输区块选择“不使用频道编码”的方式,当DTCH的传输区块选择了“不使用频道编码”时,诸如传送时间间隔、DCCH配置设定和传输区块多工等所有其它的参数都会与12.2 kbps RMC的完全一样。在所提出的通讯协定中,除了未编码传输区块的大小会增加,以及移除掉频道编码和速率匹配等功能之外,所有的信号传输和实体层参数都会保持不变。在radio bearer的设定讯息中,测试机组会告诉UE在DTCH上的下传和上传传输区块都“不使用频道编码”。此外,为了保持频道的对称,并且让所有其它传送格式的变数保持不变,测试机组也会下令增加未编码传输区块的大小,使得相同大小的区块可以出现在测试机组和UE传送路径上的个交错阶段(如图2所示)。图4是依据新的通讯协定修改过的DTCH,在新的协定中,672个DTCH资料位元会在一个20 ms的讯框中传送出去,因此可将原始资料速率由12.2 kbps提高到33.6 kbps。之后会加入16个CRC位元,接着,所形成的688位元资料区块会被转入个交错处理器中做进一步的处理。值得注意的是,当DTCH选择“不使用编码”的方式时,就不需要将下传连结或上传连结的DTCH位元打孔了(由速率匹配区块进行)。如果在系统模拟器中实做出上述的33.6 kbps RMC的话,就不需要在UE的实体层或通讯协定配置设定上做任何的改变了。
图4:针对33.6 kbps RMC修改过的DTCH讯框。
这种频道设置方式可以有效地移除系统中的错误修正编码,同时将原始资料速率由12.2 kbps提高到33.6 kbps,以加快BER的测试速度。另外,位元错误的量测结果也有助于更准确地*估出UE实际的RF和解调效能。如果将所得到的BER与使用12.2 kbps RMC所量测到的BER相比较的话,也可以测出频道编码的增益。
量测结果
测试机组中已将所提出的通讯协定实做进去,使用12.2 kbps和33.6 kbps的RMC分别进行BER测试所得到的典型结果如图5所示。由图中可以看出,就同样0.1 %的BER而言,当使用频道编码功能的时候,接收器的灵敏度可从大约-100 dBm大幅提高到-110 dBm。接着我们对三款不同品牌的UE进行BER量测,结果如图6和图7所示。由图中可以看出,不同品牌的UE具有不同的位元错误效能,而且如果拿掉频道编码功能(使用33.6 kbps RMC)的话,相对于cell功率的位元错误效能会逐渐地提高。不过,若加入频道编码功能的时候(使用12.2 kbps的RMC),在达到关键点之后,BER效能会突然出现大幅度的改善,这是因为超过这个关键点,大部分的错误都可以被频道解码器修正回来。
图5:使用12.2 kbps和33.6 kbps的RMC进行BER量测所得到的典型结果。
图6:使用33.6 kbps的RMC,量测BER相对于cell功率的结果。
图7:使用12.2 kbps的RMC,量测BER相对于cell功率的结果。
结论
我们实做出一个33.6 kbps的参考量测频道,让工程师在进行接收器测试时,可以得到更完整的UE效能全貌,特别是会受到RF特性影响的效能。我们成功地在Agilent 8960无线通讯测试仪器中实做出这个频道,并且针对三款不同品牌的UE进行BER量测。
参考文献:
[1]. frame datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/frame_2528858.html.
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