漫談UMTS系統(tǒng)中UE的射頻測(cè)試

漫談UMTS系統(tǒng)中UE的射頻測(cè)試本文旨在通過一些UMTS的部分測(cè)試用例來(lái)介紹UMTS測(cè)試項(xiàng)目背后的一些測(cè)試原理以及系統(tǒng)原理。希望大家能通過本文了解一些測(cè)試項(xiàng)目背后的系統(tǒng)原理以及測(cè)試原理。1、綜述本文主要針對(duì)UMTS終端射頻測(cè)試規(guī)范介紹部分重要測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試原理，主要針對(duì)TS34.121規(guī)范中規(guī)定的射頻測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行介紹。由于UMTS規(guī)范從R99發(fā)展到R5、R6、R7、R8、R9等協(xié)議版本，信道結(jié)構(gòu)等物理層基本結(jié)構(gòu)都有較大變化，因此針對(duì)同一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，如最大功率測(cè)試，規(guī)范針對(duì)不同版本的終端也定義了不同的子測(cè)試項(xiàng)目。如最大功率測(cè)試就定義了5.2、5.2A、5.2AA和5.2B等幾個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。UMTS測(cè)試的復(fù)雜性也正來(lái)自于這些信道的過程、信道之間的時(shí)延關(guān)系。本文以幾個(gè)基本的UMTS測(cè)試項(xiàng)目為例，盡力表達(dá)清楚這些測(cè)試項(xiàng)目背后的系統(tǒng)原理以及測(cè)試原理。1.1、觸發(fā)方式的選取在規(guī)范中經(jīng)常能看到如下的兩種描述，如5.2A中的描述：ThemaximumoutputpowerwithHS-DPCCHisameasureofthemaximumpowertheUEcantransmitwhenHS-DPCCHisfullyorpartiallytransmittedduringaDPCCHtimeslot.5.2B中的描述：ThemaximumoutputpowerwithHS-DPCCHandE-DCHisameasureofthemaximumpowertheUEcantransmitwhenHS-DPCCHandE-DCHisfullyorpartiallytransmittedduringaDPCCHtimeslot.這兩段描述的含義是要求我們?cè)谧鯰X測(cè)試的時(shí)候，參考圖4.1，可知HS-DPCCH和E-DCH的發(fā)射具有非連續(xù)的特點(diǎn)，因此要求我們?cè)谶@兩個(gè)信道激活的情況下進(jìn)行發(fā)射，此時(shí)可以驗(yàn)證相關(guān)信道激活情況下的射頻性能。因此上述規(guī)范的描述就變成了一個(gè)找到相應(yīng)上行物理信道的問題，該問題的答案我們可以在3GPPTS25.2117.7章中找到。圖1.1、上行信道時(shí)間關(guān)系根據(jù)圖1.1的描述，上行HS-DPCCH與上行DPCH之間的時(shí)間差為m*256chips,記為T1其中m=(TTX_diff/256)+101，該時(shí)延在CMU200中約為1024chips。上行DPCH與下行DPCH之間的時(shí)間差即為DPCH在信道傳輸?shù)目湛跁r(shí)延，記為T2，下行DPCH同CPICH之間的時(shí)延為T_dpch_offset,記為T3，該參數(shù)以256chips為單位，在CMU200和CMW500中都可以直接配置。因此上行HS-DPCCH同CPICH的時(shí)延即為T1+T2+T3。綜測(cè)儀會(huì)根據(jù)下行的幀邊界，即CPICH信道的時(shí)間和一系列系統(tǒng)的參數(shù)在一定范圍內(nèi)找上行的HS-DPCCH信道。在固定了第一個(gè)HS-DPCCH之后，由于該信道的周期為12ms，因此后續(xù)可以通過時(shí)間來(lái)確定HS-DPCCH信道實(shí)際的出現(xiàn)時(shí)間。在實(shí)際操作中，直接在綜測(cè)儀中選取HS-DPCCHTrigger即可！E-DCH的原理同HSDPA的原理類似，就不在這里詳細(xì)介紹了！1.2、動(dòng)態(tài)的終端功率測(cè)試在LTE系統(tǒng)中，一部分系統(tǒng)的特性會(huì)導(dǎo)致終端功率發(fā)生變化，比如TFC變化(包括DTX)，壓縮模式下的PowerBoosting，開環(huán)功率控制中PRACH的接入，閉環(huán)功率控制中DPCH的TPC響應(yīng)，信道增益因子變化等。針對(duì)UMTS的功率變化過程，3GPPTS34.121規(guī)范制定了響應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目，如表1.1：2、最大功率測(cè)試2.1、R99的最大功率測(cè)試由于R99的上行只有DPCCH和DPDCH兩個(gè)信道，因此R99的最大功率測(cè)試相對(duì)HSDPA和HSUPA而言，復(fù)雜程度是最低的。SS通過下行DPCCH信道發(fā)送TPC指令，上行DPCCH信道會(huì)根據(jù)TPC來(lái)提高本信道的功率，而上行DPDCH信道則會(huì)根據(jù)增益因子βc和βd相應(yīng)調(diào)整本信道的功率，如βc=8，βd=15DPCCH/DPDCH功率比=20*log(βc/βd)=-5.46dB直到終端的功放飽和達(dá)到最大功率位置。此時(shí)測(cè)量終端的功率，測(cè)量帶寬至少為(1+α)*chiprate=1.22*3.84Mhz=4.68Mhz。βc和βd的決定取決于TFC，即業(yè)務(wù)速率越高，DPDCH信道的功率越高，業(yè)務(wù)速率越低，DPDCH信道的功率越低，如極限的例子，即如果在DTX的情況下，即無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)射，DPDCH信道可以選擇不發(fā)送。在這里我們不過多的討論實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中增益因子的運(yùn)用，而更加關(guān)注UE的射頻測(cè)量方法。2.2、HSDPA的最大功率測(cè)試為了下面更好的理解HSDPA和HSUPA的最大功率測(cè)量方法，我們來(lái)說明一下增益因子的定義。首先3Gpp規(guī)范針對(duì)WCDMA上行發(fā)射功率給每個(gè)上行信道定義了一個(gè)增益因子，即βc、βd、βhs、βec、βed等參數(shù)，用于獨(dú)立控制各個(gè)信道的功率。為了系統(tǒng)消息傳輸方便，最終又將這些參數(shù)映射成為βc、βd和DACK，DNACK，DCQI以及DE-DPCCH和DE-DPDCH，通過這些參數(shù)，最終可以決定DPDCH、HS-DPCCH、E-DPCCH和E-DPDCH信道相對(duì)DPCCH信道的功率。WCDMA系統(tǒng)中的增益因子3GPPTS34.121Release10規(guī)范針對(duì)HSDPA規(guī)范定義了5.2A和5.2AA兩個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，區(qū)別在于終端是否支持Release6版本。HSDPA的最大功率測(cè)試有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1)、HS-DPCCH信道在激活狀態(tài)，發(fā)送ACK/NACK或者CQI，5.2AA測(cè)試項(xiàng)目需要HS-DPCCH激活狀態(tài)才可以，因此測(cè)量?jī)x器需要特定的觸發(fā)時(shí)機(jī)來(lái)捕獲HS-DPCCH信道同DPDCH、DPCCH共同發(fā)射。2)、變化的βc/βd比值，DACK，DNACK，DCQI在測(cè)試中固定為8,8,8。因此測(cè)試的時(shí)候變化βc/βd比值來(lái)測(cè)量HSDPA終端的最大功率。規(guī)范根據(jù)βc/βd比值定義了4個(gè)subtest來(lái)測(cè)試HSDPA終端的最大功率，分別是βc/βd的四個(gè)范圍內(nèi)的典型值，分別是βc/βd=2/15,12/15,15/8,15/4這幾個(gè)比值情況下的終端最大功率。此時(shí)DACK，DNACK，DCQI設(shè)置為固定值8。2.3、HSUPA的最大功率測(cè)試HSUPA的最大功率測(cè)試方法相對(duì)復(fù)雜，但是當(dāng)我們清楚了這個(gè)測(cè)試項(xiàng)目背后含義的話，實(shí)際上對(duì)于測(cè)試的理解就變得簡(jiǎn)單了許多！首先，HSUPA的最大功率測(cè)試(TS34.121,5.2B)需要在規(guī)定的RMC和FRC(FRCH-Set1,QPSK)下約定各個(gè)信道的相對(duì)功率，如下表格所示：其中有些特別的是subtest5，subtest5測(cè)試中DPDCH不發(fā)送，因此測(cè)試模式選擇SRB2.5kbps+HSPA(βd=0)，而不是subtest1~4所采用的RMC12.2kbps+HSPA34.108。對(duì)于HSUPA的最大功率測(cè)試，我們需要理解的HSUPA的上行功率控制原則，HSUPA的目的是為了上行提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，更高的上行速率需要更高的上行E-DCH信道功率以提供更好的信噪比。反之，當(dāng)E-DPDCH信道功率不足時(shí)，就相應(yīng)的降低E-TFCI以保證一定速率下的可靠傳輸?；谏鲜鲈瓌t，我們就很容易理解5.2Bsubtest這個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的設(shè)計(jì)原則，首先對(duì)于每個(gè)subtest定義了一系列的E-TFCI以及相應(yīng)的E-TFCIPoweroffset，通過DL-DPCCH下發(fā)TPC控制UL-DPCCH提高功率，而DPDCH、HS-DPCCH、E-DPCCH、E-DPDCH根據(jù)信道增益表格相應(yīng)的提高信道功率，當(dāng)功率提升1dB之后，如果還有空間繼續(xù)提升，則E-TFCI不降低，繼續(xù)提升功率直到不能繼續(xù)提升位置，此時(shí)E-DPDCH功率被調(diào)低，相應(yīng)的E-TFCI也會(huì)降低，此時(shí)發(fā)送一個(gè)1dB的功率降低指令給E-DPDCH留出一定的空間，此時(shí)的功率足夠保持TargetE-TFCI，這時(shí)測(cè)量終端的最大功率，在這樣的邏輯下測(cè)量到的功率實(shí)際可以理解為在特定的E-TFCI發(fā)送的情況下終端的最大發(fā)射功率。HSUPA最大功率測(cè)試流程其中有些特別的是subtest5，由于subtest5只定義了一種參考E-TFCI，因此E-TFCI不會(huì)隨著功率變化，僅僅發(fā)送TPCUp控制UL-DPCCH功率，其它信道功率相對(duì)固定，即可測(cè)量得到終端的最大功率。3、頻譜雜散測(cè)試3.1、Outofbandemission3.1.1、Spectrumemissionmask(SEM)SEM測(cè)試門限有兩個(gè)，一個(gè)是絕對(duì)門限，規(guī)范中稱為AbsoluteRequirement，一個(gè)是相對(duì)門限，規(guī)范中稱為RelativeRequirement。規(guī)范要求測(cè)量區(qū)域內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)不超過兩個(gè)門限中功率較高的那個(gè)(即要求較松的門限)。絕對(duì)門限是根據(jù)終端的最小功率要求制定，根據(jù)TS34.121表5.4.3的要求，使用RRC濾波器在3.84MHz帶寬內(nèi)測(cè)量得到的UE最小功率應(yīng)該低于-50dBm。根據(jù)此要求，使用不同RBW進(jìn)行等效換算，SEM的絕對(duì)門限應(yīng)為：在高功率情況下，相對(duì)門限更加寬松，在低功率條件下，絕對(duì)門限更加寬松。由于一般SEM測(cè)試在終端最大發(fā)射功率下進(jìn)行，因此普遍采用相對(duì)門限的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。3.1.2、AdjacentChannelLeakagepowerRatio(ACLR)同SEM測(cè)試一樣，ACLR測(cè)試也有絕對(duì)門限和相對(duì)門限兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，絕對(duì)門限也是采用最小功率的要求，即-50dBm，相對(duì)門限參考TS34.121表5.10.1的要求。同SEM一致，高功率情況下一般參考更加寬松的相對(duì)門限。ACLR同SEM的區(qū)別主要在于，ACLR主要是基于RRC濾波的平均功率的比值，而SEM是對(duì)測(cè)量范圍內(nèi)的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。3.2、Spuriousemissions嚴(yán)格的說，雜散發(fā)射(Spuriousemissions)不屬于帶外雜散，雜散發(fā)射同帶外雜散的生成原因不同，雜散發(fā)射主要是由諧波、互調(diào)、變頻產(chǎn)物等造成的。因此測(cè)試范圍也不同。帶外雜散的測(cè)試范圍我們稱之為Out-of-Banddomain,雜散發(fā)射的測(cè)試范圍我們稱之為Spuriousdomain?；赟puriousemissions的成因，決定了Spuriousemissions需要測(cè)量到更加寬的頻率范圍，根據(jù)Rec.ITU-RSM.329-12規(guī)范的要求，UMTS的基礎(chǔ)頻率范圍在600MHz~5.2GHz范圍之內(nèi)，根據(jù)UMTS頻段的最高頻率，需要測(cè)試到5次諧波的范圍，因此我們得到了規(guī)范TS34.121，表5.11.2a中要求的通用測(cè)試范圍。Table5.11.2a:Generalspuriousemissionstestrequirements由于上表所測(cè)試頻率范圍內(nèi)有存在各種通信制式以及廣播電視等無(wú)線頻率占用，因此又針對(duì)不同的UMTS頻段制定了表5.11.2b的額外標(biāo)準(zhǔn)。由于通用的綜測(cè)儀無(wú)法達(dá)到13GHz的頻率范圍，因此一般采用綜測(cè)儀和頻譜儀(如R&SFSQ或FSW)的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試。如圖3.1所示：圖3.1、Spuriousemission測(cè)試連接圖4、發(fā)射調(diào)制發(fā)射調(diào)制測(cè)量項(xiàng)目包括EVM，相對(duì)碼域誤差，相位非連續(xù)以及隨機(jī)接入探針質(zhì)量4.1、EVMwithHS-DPCCH在HS-DPCCH信道相關(guān)的測(cè)試中我們經(jīng)?？吹饺鐖D4.1的測(cè)試點(diǎn)描述，如規(guī)范5.13.1A(EVMwithHS-DPCCH)，5.2C(UErelativecodedomainpoweraccuracy)，5.7A(HS-DPCCHPowerControl),首先這個(gè)圖的橫軸的時(shí)間是6個(gè)子幀，即12ms，而不是一個(gè)10ms無(wú)線幀。圖4.1、HS-DPCCH非連續(xù)發(fā)送示例這個(gè)時(shí)間關(guān)