JATE认证中PRACH/AICH的Timing测试介绍

    摩尔实验室（MORLAB）之前曾经撰文为大家介绍了JATE认证的基本要求（可参见http://www.morlab.cn/article/2009/0323/article_1465.html）。本期我们将进一步以WCDMA终端产品为例，介绍其在JATE认证中的“随机接入控制PRACH/AICH的时间关系”的测试要求。

    在具体谈到这项测试前，我们要先来了解一下WCDMA终端在网络注册的过程。类似于GSM的随机接入，WCDMA移动台也是抢占公共随机接入信道发起随机接入请求消息。WCDMA移动台在完成小区搜索后，会驻扎在一个目标小区内，发起呼叫请求，建立RRC连接。RRC的连接不仅仅满足通信的需要，在位置更新、路由区登记等过程中都需要RRC的连接。 终端台通过PRACH（物理随机访问信道）在发送信息时分二部分，称Preamble前导部分和Message消息部分。在发起RRC连接时，移动台将在上行链路上启动开环功控，开环功控就是利用Preamble来完成的。PRACH发送随机接入前导，这其实是一个敲门的动作，同时也在进行开环功控。Preamble是由物理层产生的序列，移动台将试探性地以初始功率Po发送该序列，直至下行链路上有应答，才停止发送Preamble，转为发送消息部分。手机会发送不止一个Preamble信息流，一开始做试探，功率小一点，看基站能不能“听到”。如果“听不到”，下一个Preamble的功率就增加一个步长，直到功率足够强，基站“听到”为止。基站“听到”后，其通过AICH（采集指示信道）告诉手机可以继续发送具体的接入请求信息了。由于Preamble是物理层的消息序列，所以在下行方向上得到的应答信道也应该是纯物理信道，称为AICH（DL方向）获得指示信道。所以Preamble和AICH是一对，目的就是允许用户接入。

    在PRACH中，Preamble使用的是规范规定的16位比特的签名序列，重复256次形成4096chips长度的码序列。不扩频，采用25位移位寄存器的全1码加扰。由于1个TS的长度只有2560chips，4096chips无法在1个TS周期内发完，所以针对随机接入过程定义了接入时隙为20ms，接入帧为2倍的无线帧。4096chips在1个接入时隙（5120chips）中不满，有空闲期。空闲期的存在可以保证传播时延。Preamble在发送时有个初始功率值，该值与开环功控算法有关，根据实际测量到的公共导频信道上的信号强度和它得到参数之间完成一个运算来预计初始功率值，系统对发出的Preamble可能没有响应，移动台会以一定的时间间隔再次发送Preamble。直到在AICH上监控到相关指示才会发送消息部分。

    PRACH和AICH之间的时序关系对WCDMA终端接入至关重要，不正确的时序关系可能导致错过建立连接的时机或者对基站不能及时的响应；因此在3GPP标准中对WCDMA终端PRACH/AICH之间的时间序列关系做出了严格的规定，具体如下图所示：

图一： PRACH 和AICH 的时间关系

    AICH_Transmission_Timing是由高层通过信令方式给出的.

    1. 当基站 AICH_Transmission_Timing 参数设为 0时, 
        相邻Preamble脉冲的时间Tp-p,min = 4 ms（15360 chips） 
        Preamble脉冲和相邻AICH脉冲的时间Tp-a = 2 ms (7680 chips)
        Preamble脉冲和相邻有用信息开始传输的时间Tp-m = 4 ms（15360 chips）

    2. 当基站 AICH_Transmission_Timing 参数设为 1时, 
        相邻Preamble脉冲的时间Tp-p,min = 5.3 ms（20480 chips） 
        Preamble脉冲和相邻AICH脉冲的时间Tp-a = 3.3 ms (12800 chips)
        Preamble脉冲和相邻有用信息开始传输的时间Tp-m = 5.3 ms（20480 chips）

    以上我们介绍了3GPP中对PRACH/AICH时间关系的规定，这其实也就回答了日本TELECOM认证（俗称JATE认证）中随机接入控制的Timing测试的要求。

    日本TELECOM认证参考标准（Ordinance Concerning Terminal Facilities etc.）中关于Timing测试的要求有：

    (1) Send out the location registration signal from the equipment being tested. 

    (2) Measure the submission and reception timings of AICH and PRACH using the mobile telephone equipment simulator.

    经过我们上面的讨论，相信大家已经比较清楚，其实TELECOM认证（俗称JATE认证）中的Timing测试也就是要求测量出基站不同设置时的Tp-a值。

    以下案例是我们的一个实际测试结果：

    分析以上信令，可以看出，第一条信令是手机反向Preamble探测，第二条为基站前向AICH指示，这两个信令的时间差即为Tp-a =2 ms (7680 chips)。