Тестирование терминального оборудования для сети цифровой сотовой мобильной связи WCDMA

Тестирование терминального оборудования для сети цифровой сотовой мобильной связи WCDMA

Введение
Широкое внедрение и надежная работа сетей мобильной связи стандарта WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) критически зависят от корректного функционирования пользовательского терминального оборудования (UE - User Equipment). Тестирование терминалов перед выпуском на рынок и в процессе эксплуатации является обязательным этапом, гарантирующим соответствие стандартам, совместимость с сетью оператора, качество связи и удовлетворенность абонентов. Данная статья освещает ключевые аспекты тестирования UE для сетей UMTS/WCDMA.

1. Объекты испытаний
Объектами испытаний являются все типы терминального оборудования, разработанного для работы в сетях WCDMA:

1. Мобильные телефоны и смартфоны: Основной класс устройств, включающий широкий спектр моделей с различными функциональными возможностями.
2. USB-модемы (донглы): Устройства, обеспечивающие доступ в интернет для стационарных компьютеров и ноутбуков через сеть WCDMA.
3. Мобильные Wi-Fi роутеры (MiFi устройства): Создают локальную сеть Wi-Fi, используя подключение к сети WCDMA для обеспечения интернетом нескольких устройств.
4. Планшеты и ноутбуки со встроенными WCDMA-модемами: Устройства со встроенной поддержкой WCDMA.
5. Специализированные устройства M2M/IoT: Машины, датчики, контроллеры, использующие WCDMA для передачи данных в рамках Интернета Вещей.
6. Модули WCDMA: Базовые радио-модули, интегрируемые производителями в различные устройства (автомобили, промышленное оборудование и т.д.).

Ключевым аспектом является тестирование именно радиочастотного интерфейса WCDMA (Uu-интерфейс) и связанных с ним функций терминала.

2. Область испытаний
Тестирование охватывает широкий спектр характеристик и функций терминала:

1. Радиочастотные (RF) параметры:
   • Передатчик (Tx): Выходная мощность, шаги регулировки мощности, точность мощности, спектр излучаемого сигнала (маска спектра, соседний канал, альтернативный канал), модуляционные характеристики (EVM, частотная ошибка), контроль мощности в замкнутом контуре.
   • Приемник (Rx): Чувствительность приема (Reference Sensitivity Level), динамический диапазон приема, устойчивость к блокирующим сигналам, устойчивость к интермодуляции, устойчивость к соседнему каналу, максимальный уровень входного сигнала.
   • Производительность приемника: Скорость ошибок по битам (BER), Блоки ошибок (BLER) в различных каналах и сценариях распространения сигнала (статические, многолучевые).
2. Протоколы сигнализации (Layer 2/3):
   • Корректность процедур установления, поддержания и завершения соединения (RRC Connection).
   • Процедуры Mobility Management (Cell Selection, Reselection, Handover - мягкий, жесткий, более поздние версии стандартов).
   • Корректность работы на границах сот и в условиях ухудшения сигнала.
   • Взаимодействие с уровнями ядра сети (Core Network).
3. Производительность на уровне приложений:
   • Скорость передачи данных (пиковая, устойчивая) в PS-домене (Packet Switched) для сервисов HSDPA и HSUPA.
   • Качество голосовых вызовов (Voice over CS - Circuit Switched) и VoLTE (если поддерживается, с переходом через сети WCDMA).
   • Стабильность соединения при перемещении и в условиях помех.
4. Совместимость и взаимодействие с сетью (Network Interoperability):
   • Корректная работа с различными версиями стандартов WCDMA (Rel 99, HSPA, HSPA+).
   • Взаимодействие с разным сетевым оборудованием базовых станций.
   • Поведение при поиске сети, регистрации, роуминге.
5. Управление электропитанием:
   • Потребление тока в различных режимах работы (Idle, Connected, передача/прием данных/голоса).
   • Время работы от батареи в типичных сценариях использования.
6. Тестирование антенны: (часто интегрировано в RF-тесты) Эффективность излучения, диаграмма направленности (при необходимости).

3. Методы испытаний
Для всесторонней оценки терминалов применяются два основных подхода:

1. Лабораторное (Контролируемое) Тестирование:

   • Использование эмуляторов базовой станции: Создание точной и контролируемой радио-среды в экранированной камере (безэховая камера для RF-тестов). Позволяет:
     • Проводить воспроизводимые измерения всех RF-параметров согласно спецификациям 3GPP.
     • Тестировать поведение протоколов в четко заданных и сложных сценариях (эмуляция сбоев, хэндоверов, потери сигнала).
     • Оценивать производительность приемника в смоделированных каналах распространения сигнала (фэйдинг).
     • Строго контролировать уровни сигналов и помех.
   • Автоматизированные тестовые последовательности: Использование стандартизированных наборов тестов (например, определенных в спецификациях 3GPP TS 34.121, TS 34.122, TS 34.123) для сертификационного и приемочного тестирования. Тесты выполняются в автоматическом режиме с помощью специализированного оборудования и ПО.
   • Тестирование производительности приложений: Измерение скорости передачи данных, задержек, качества голоса в лабораторных условиях с помощью эмулятора базовой станции и трафик-генераторов/анализаторов.

2. Полевое Тестирование (Drive Testing):

   • Тестирование в реальных сетях: Оценка работы терминала в сети оператора связи в условиях реального радиоэфира и нагрузки сети. Включает:
     • Измерение уровня сигнала (RSCP), качества сигнала (Ec/Io), параметров обслуживающей и соседних сот.
     • Мониторинг успешности вызовов (Call Setup Success Rate - CSSR), сбоев вызовов (Call Drop Rate - CDR).
     • Оценка качества голосового вызова (MOS - Mean Opinion Score).
     • Измерение скорости передачи данных (FTP, HTTP) в различных локациях.
     • Тестирование процедур хэндовера между сотами и технологиями (WCDMA ↔ GSM, WCDMA ↔ LTE).
   • Проверка покрытия и взаимодействия: Выявление "мертвых зон", проблем с качеством связи, связанных с конкретной моделью терминала.
   • Тестирование роуминга: Проверка работы терминала в сетях других операторов.

Часто используется комбинированный подход: лабораторные тесты для фундаментальной проверки соответствия стандарту и выявления базовых проблем, а полевые тесты – для валидации реального пользовательского опыта и взаимодействия с конкретной инфраструктурой оператора.

4. Испытательное оборудование
Для проведения комплексного тестирования требуется специализированное оборудование:

1. Эмуляторы базовой станции (eNodeB Emulator / System Simulator): Ключевой инструмент для лабораторных испытаний. Генерирует сигналы WCDMA, эмулирует поведение сети (RNC, частично Core Network), позволяет создавать сложные радио-сценарии и сценарии сигнализации.
2. RF-тестовое оборудование:
   • Коммуникационные тестеры: Универсальные приборы, сочетающие функции анализатора сигналов, генератора сигналов, анализатора спектра. Используются для базового радиочастотного тестирования Tx/Rx.
   • Векторные анализаторы сигналов (VSA): Для детального анализа характеристик модуляции передатчика (EVM, частотная ошибка, маска спектра и т.д.).
   • Векторные генераторы сигналов (VSG): Для генерации высокоточных сигналов WCDMA с эмуляцией фединга для тестирования приемника.
   • Анализаторы спектра: Для измерения спектральных характеристик излучения терминала.
   • Измерители мощности: Для точного измерения выходной мощности передатчика.
   • Ослабление сигнала (RF Attenuators): Для управления уровнями сигналов в тестовой цепи.
3. ПО для автоматизации тестирования: Специализированное программное обеспечение, управляющее эмуляторами базовой станции, RF-оборудованием и тестируемым терминалом. Автоматизирует выполнение стандартизированных тестовых последовательностей (например, на базе TTCN-3) и генерацию отчетов.
4. Аксессуары и калибровочное оборудование:
   • Безэховые камеры: Для изоляции тестовой зоны от внешних радиопомех и создания контролируемого электромагнитного окружения.
   • Эмуляторы антенн (Channel Emulators): Для создания реалистичных условий распространения сигнала (многолучевость, допплеровское смещение, задержки) между эмулятором БС и терминалом.
   • Фиксирующие устройства (DUT Fixtures): Для надежного позиционирования и подключения терминала в тестовой установке.
   • Калибровочные источники и кабели: Для обеспечения точности измерений.
5. Оборудование для полевого тестирования:
   • Сканнеры WCDMA: Для мониторинга параметров сети независимо от подключенного терминала.
   • Тестовые терминалы с диагностическим ПО: Специальное ПО (Mobile Device Agent) на терминале для сбора глубокой диагностической информации (сопровождающие логи уровня протоколов).
   • Анализаторы протоколов: Для захвата и анализа сигнализации на интерфейсах сети или внутри самого терминала.
   • GPS-приемники: Для привязки измерений к координатам.
   • ПО для сбора и анализа полевых данных: Сбор, агрегация и визуализация данных со сканнеров, терминалов и GPS.

Заключение
Тестирование терминального оборудования WCDMA – это сложный, многоэтапный процесс, требующий глубоких знаний стандартов, современных методик и специализированного оборудования. Комплексный подход, включающий как лабораторные испытания на соответствие фундаментальным требованиям 3GPP и сертификационным спецификациям (GCF/PTCRB), так и валидацию в условиях реальных сетей операторов, является обязательным условием выпуска на рынок надежных, совместимых и обеспечивающих высокое качество обслуживания устройств. Непрерывное тестирование играет ключевую роль в поддержании качества работы сети и удовлетворенности абонентов услугами мобильной связи третьего поколения.