WCDMA终端的RRM测试

      RRM（无线资源管理）涉及的内容直接关系到WCDMA 终端在网络中的表现。本文对随机接入过程进行介绍，并针对3GPP 规范中对RRM 的随机接入部分的要求进行阐述。关键词：WCDMA 终端，RRM 测试

　　RRM（无线资源管理）涉及的内容直接关系到WCDMA 终端在网络中的表现。本文对随机接入过程进行介绍，并针对3GPP 规范中对RRM 的随机接入部分的要求进行阐述。

　　1 随机接入过程介绍

　　终端与系统的通信可分为两个阶段，一是接入阶段，二是话务通信阶段。由此可见，只有终端正确地接入到网络，才使终端与网络的通信成为可能。

　　UTRAFDD 中的开环功率控制可用于RACH（随机接入信道）传输的初始化过程，一般情况下，开环功率控制精度为±9dB 的范围内。因此根据接收到的绝对功率来设定发射功率将带来很大的不确定性。UTRA 中对随机接入过程进行了严格的规定。

　　每个接入时隙随机接入突发的结构如图1 所示。

图1 随机接入突发结构

　　接入突发由长度为若干个1ms 的前导部分和长度为10ms 的消息部分组成。两部分之间为0.25ms 的空闲时隙。其中前导部分是由16 个复数符号A 或-A（A=1+j ，这里j 是虚部的标记）组成特征序列，共有16 个不同的这样的序列。在一个小区中，哪些特征序列可以使用的消息是通过基站下行信道予以广播的。消息部分由数据部分（对应于DPDCH）和第一层控制信息部分（对应于DPCCH）组成，这两部分是通过两条物理信道并行发送的。随机接入过程包括以下步骤：

　　（1）终端对BCH 进行解码，在给定的ASC（接入服务等级）内为可用RACH 子信道集合获得可用的上行接入时隙。终端仅在相对于所在小区广播控制信道帧边界的一系列给定时间偏置处发起接入尝试。这样的时间偏置即为接入时隙。每个接入时隙都会与别的接入时隙之间有1.25ms 的时间间隔，以防止接入尝试的相互碰撞。

　　（2）终端在给定的ASC 内从可用的特征码集合中随机选择一个特征码。

　　（3）终端测量下行链路的功率电平，并设定RACH 的初始功率电平，由于考虑到开环功率控制的不准确性，设定值具有一定的富余量。

　　（4）在1ms 的前导发送时间内中发送选择的特征符号。

　　（5）终端对AICH 进行解码，查看基站是否检测到了前导。

　　（6）如果没有检测到AICH ，终端将以基站指示的步长（1dB 的倍数）即功率爬坡因子增加前导的发射功率，并将在下一个分配的接入时隙中重新发送前导。

　　（7）当检测到来自基站的AICH 时，终端开始发送RACH 传输的10ms 或20ms 的消息部分。随机接入消息控制部分的发射功率比上次前缀部分的发射功率高Pp-m[dB] （上次发射的前缀部分和随机接入消息控制部分之间的功率偏移Pp-m=Pmessage-control–Ppreamble，用dB 表示）。

　　简而言之，在随机接入状态下，手机会根据接收到的基站信号电平估计一个较小的值作为手机的初始发射功率，发送第一个前导，如果在规定的时间内没有得到基站的应答信息，手机会加大发射功率，发送第二个前导，如果在规定时间内还没有得到基站的应答信息，手机会再加大发射功率。这个过程重复下去，直到收到基站的应答或者到达设定的最多尝试次数为止。[page]

　　2RRM 测试中对随机接入的规定

　　在3GPPTS34.121-1User Equipment (UE) Conformance Specification; Radio Transmission and Reception (FDD); Part 1: Conformance Specification 的第八章（RRM：无线资源管理）中，对随机接入进行了严格的规定。分为以下四项内容进行考查：

　　2.1 随机接入——接收到ACK 时的正确行为

　　（1）测试过程

　　·根据通用呼叫建立过程建立一个呼叫。根据表1、表2 和表3 设置测试参数。使用呼叫建立过程中的PRACH 过程。在系统模拟器收到10 个前导之后，在AICH 信道发送ACK 响应。

表1 随机接入测试中的射频参数设置

表2 随机接入测试的射频参数设置

表3 随机接入测试中的系统模拟器的参数

　　·测量第一个PRACH 前导的输出功率，测量每一次功率爬坡之间的功率差，测量UE 的第10 个PRACH 前导和消息部分之间的功率差。

　　·使用频谱分析仪测量前导部分的数量和消息部分的数量。[page]

　　（2）测试要求

　　UE 应该根据开环功率控制算法计算初始功率，并在第1 个前导使用这个功率电平，在之后的前导上增加功率。第一个前导的绝对功率应该为-30dBm±9dB （常温条件下）。

测量存在两个相对功率，一个是前导爬坡之间的功率差，另一个是最后一个前导和消息部分之间的功率差。所有前导爬坡之间的功率差的测试要求是3dB，精度为3dB （即范围为0~6dB）。第10 个前导PRACH 和消息部分（控制部分＋数据部分）的功率差的测试要求是3dB，精度为3dB （即范围为0~6dB）。

图2 是某款WCDMA 终端在某测试系统上的测试结果。

　　图2 测试结果1 横坐标是时间轴，单位是ms；纵坐标是上行功率，单位是dBm 。

　　功率爬坡期间，第二个和第一个前导的功率比是2.90dB，后面依次是2.87，3.05，3.16，2.83，2.91，3.15，2.93 和3.31dB ；消息部分和最后一个前导的功率差是2.83dB 。

　　以上结果均符合规范的要求，因此测试结果为通过。[page]

　　2.2 随机接入——接收到NACK 时的正确行为

　　（1）测试过程

　　·根据通用呼叫建立过程建立一个呼叫。根据表1、表2 和表3 设置测试参数。使用呼叫建立过程中的PRACH 过程。系统模拟器收到10 个前导之后，在AICH 信道上应该发送NACK。

　　·使用频谱分析仪测量前导部分的数量，测量第一个功率爬坡周期的第10 个前导和第二个功率爬坡周期的第1 个前导之间的时延。

　　（2）测试要求

　　在AICH 信道上接收到NACK 之后，UE 应停止发送前导，并重复功率爬坡过程，直到定时器TB01 超时（此处TB01 设为100ms）。UE 应该在第一个功率爬坡周期内发送10 个前导，系统模拟器发送NACK 之后的100ms 之内，UE 不发送任何消息。之后，UE 应该开始第二个前导爬坡周期。图3 是某款WCDMA 终端的测试结果。

图3 测试结果2

　　测得两次功率爬坡循环之间时间为133.0ms ，且在第一个循环内前导的数量是10 个，符合规范要求。测试结果为通过。图4 是另外一款WCDMA 终端的测试结果。

图4 测试结果3

　　测得两次功率爬坡周期之间时间为159.0ms ，也符合规范要求。测试结果为通过。图5 是某款WCDMA 终端此项失败的测试结果。

图5 测试结果4

　　虽然测得两次功率爬坡循环之间时间为166.5ms ，符合规范要求。但是，在第一个循环内前导的数量是9 个，而不是规范要求的10 个前导。因此，此项测试结果为失败。[page]

　　2.3 随机接入——超时时的正确行为

　　（1）测试过程

　　·根据通用呼叫建立过程建立一个呼叫。根据表1、表2 和表3 设置测试参数。使用呼叫建立过程中的PRACH 过程。系统模拟器在AICH 信道上不发送任何消息。

　　·使用频谱分析仪测量前导部分的数量。

　　（2）测试要求

　　在一个循环周期内达到前导的最大数量之后，UE 停止发送前导。UE 重复功率爬坡过程直到达到前导爬坡循环的最大数量。在测试中，系统模拟器不发送ACK 或者NACK。UE 应该发送2 个前导循环，每一个前导循环包括12 个前导。

　　图6 是某款WCDMA 终端的测试结果。

图6 测试结果5

　　测试结果给出：第一个循环中的前导数量是12 个，第二个循环中的前导数量是12 个，前导循环的数量是2 个。符合规范，测试结果为通过。图7 是某款WCDMA 终端此项失败的测试结果。

图7 测试结果6

　　观察此图可知，前导之间的时间间隔过大。以下是测试结果：第一个循环前导的数量是1 个，第二个循环前导的数量是2 个，前导循环的总数量是19 个循环。

　　从测试结果不难看出：前导之间的时间间隔超过了规范所规定的范围是导致测试结果失败的直接原因。[page]

　　2.4 随机接入——最大发射功率时的正确行为

　　（1）测试过程

　　·根据通用呼叫建立过程建立一个呼叫。根据表1、表2（将最大允许上行发射功率设为0dBm）和表3 设置测试参数。使用呼叫建立过程中的PRACH 过程。系统模拟器在AICH 信道上不发送任何消息。

　　·设置系统模拟器的发射输出电平使得在UE 天线连接器处得到的电平为?or。

　　·测量UE 的所有PRACH 前导输出功率。

　　（2）测试要求UE 不能超过由系统模拟器配置的最大允许上行发射功率。图8 是某款WCDMA 终端的测试结果。

图8 测试结果7

　　测试结果给出，最大前导功率是1.64dBm 。符合标准要求，测试结果为通过。

　　3 结束语

　　终端随机接入过程的质量非常重要，它将直接影响终端的接入速度、开环功率变化、通话质量甚至全网性能等方面，目前，仍然属于终端射频性能的薄弱环节之一，商用终端中也或多或少的存在这方面问题，需要在芯片设计开发和制造工艺等方面加以完善和改进。