Тестирование системы цифровой сотовой мобильной связи CDMA
Тестирование системы цифровой сотовой мобильной связи CDMA
Введение
Технология CDMA (Code Division Multiple Access) заняла важное место в развитии мобильной связи благодаря своей эффективности использования спектра, помехоустойчивости и способности поддерживать большее число абонентов. Однако сложность технологии, основанной на расширении спектра методом прямой последовательности (DSSS) и уникальном кодировании каналов, требует тщательного и всестороннего тестирования на всех этапах разработки, производства и эксплуатации сети. Тестирование системы CDMA направлено на обеспечение соответствия оборудования стандартам, проверку ключевых параметров производительности, выявление проблем совместимости и гарантию высокого качества обслуживания пользователей.
1. Объекты испытаний
Тестированию в системе CDMA подвергаются практически все ключевые элементы инфраструктуры и абонентские устройства:
- Абонентские терминалы (Мобильные станции, MS):
- Передающие параметры: Выходная мощность, точность управления мощностью, чистота излучения (паразитные излучения), спектральные характеристики (маска спектра, ACP - Adjacent Channel Power), модуляционная точность (EVM - Error Vector Magnitude).
- Приемные параметры: Чувствительность приемника, селективность (по соседнему каналу, по зеркальному каналу), устойчивость к блокированию, устойчивость к интермодуляции, максимальный уровень принимаемого сигнала.
- Сквозные параметры связи: Качество голоса (BER, FER - Frame Error Rate), время установления вызова, успешность хэндоверов (передачи вызова между секторами/сотами), время работы от батареи.
- Функциональность: Корректность работы протоколов (регистрация, установка вызова, эстафетная передача, сервисные функции SMS/данные), работа с USIM-картой.
- Базовые станции (Base Stations, BS):
- Передающие параметры: Выходная мощность (пиковая и средняя), точность управления мощностью в прямом канале (Forward Link Power Control), чистота излучения, спектральные характеристики (маска канала, ACP), модуляционная точность (EVM), временное выравнивание сигналов пилот-каналов разных секторов/антенн.
- Приемные параметры: Динамический диапазон приемника, чувствительность в обратном канале (Reverse Link), устойчивость к помехам (селективность, блокирование, интермодуляция), точность измерения уровня сигнала абонента (RSSI - Received Signal Strength Indication), точность временной синхронизации.
- Системные параметры: Корректность реализации алгоритмов управления мощностью, обработки хэндоверов (мягкого, мягче-твердого, твердого), управления ресурсами.
- Интерфейсы: Корректность работы и производительность интерфейсов с контроллером базовых станций (BSC) и другими сетевыми элементами.
- Сетевые элементы управления:
- Контроллер базовых станций (BSC): Тестирование алгоритмов управления радиоресурсами (RRM - Radio Resource Management): распределение каналов, управление мощностью, управление хэндоверами, управление нагрузкой соты. Тестирование взаимодействия с базовыми станциями и коммутаторами.
- Центры коммутации мобильной связи (MSC): Тестирование маршрутизации вызовов, обработки сигнализации (SS7), взаимодействия с другими сетями (PSTN, другие PLMN), работы с реестрами (HLR, VLR), реализации сервисов голосовой почты, переадресации вызова и т.д.
- Базы данных (HLR, VLR, AuC): Корректность хранения и обновления абонентской информации, аутентификации, расчетов тарификации.
2. Область испытаний
Тестирование CDMA систем охватывает несколько ключевых областей:
- Соответствие стандартам: Проверка соответствия оборудования (абонентских терминалов и базовых станций) требованиям национальных и международных стандартов (например, 3GPP2 cdmaOne, cdma2000 1x, 1xEV-DO). Это включает радиопараметры, протоколы сигнализации и безопасности.
- Параметры радиоинтерфейса: Тщательное измерение передающих и приемных характеристик оборудования на физическом уровне (уровень 1 модели OSI).
- Производительность системы:
- Сквозное качество связи: Измерение BER (Bit Error Rate), FER (Frame Error Rate) для голосового трафика и PER (Packet Error Rate) для данных в различных условиях распространения сигнала (AWGN, замирания) и уровнях помех.
- Емкость системы: Определение максимального числа одновременных вызовов или объема передаваемых данных, которые система может поддерживать в соте/секторе при сохранении приемлемого качества.
- Покрытие: Картирование уровней сигнала (RSSI), соотношения сигнал/шум (Ec/Io для пилот-канала), зон успешного установления и поддержания вызова.
- Надежность: Тестирование успешности хэндоверов, устойчивости к сбоям оборудования, времени восстановления.
- Качество обслуживания (QoS): Для сервисов данных (1xEV-DO) - измерение пропускной способности (throughput), задержки (latency), джиттера (jitter).
- Совместимость: Тестирование взаимодействия оборудования различных производителей (абонентских терминалов и базовых станций, базовых станций и контроллеров и т.д.).
- Функциональность протоколов: Валидация корректности работы протоколов сигнализации на уровнях 2 и 3 модели OSI (например, протоколы слоя MAC, LAC, сигнализация IS-95, IS-2000).
- Устойчивость к помехам: Оценка способности системы работать в условиях внешних радиопомех и внутренней интерференции.
3. Методы испытаний
Методы тестирования CDMA систем разнообразны и зависят от объекта и цели испытаний:
- Лабораторные (Безынерционные) испытания:
- Использование специализированного измерительного оборудования: Подключение тестируемого устройства (UE или BS) непосредственно к измерительным приборам (анализатор спектра, анализатор радиосигналов, генератор сигналов, тестовый мобильный терминал для BS) через кабели и аттенюаторы.
- Моделирование канала связи: Применение канальных эмуляторов для создания реалистичных условий распространения сигнала (замирания Раиса, Рэлея, задержки, допплеровский сдвиг, AWGN - Аддитивный Белый Гауссовский Шум).
- Протокольное тестирование: Использование протокольных анализаторов и имитаторов сети для генерации и анализа сигнальных сообщений, тестирования сценариев вызовов, регистрации, хэндоверов.
- Автоматизированные тест-системы: Создание комплексных стендов для выполнения последовательности тестов по заданным сценариям и сбора статистики.
- Полевые испытания (Drive Testing):
- Измерение покрытия и качества сигнала: Объезд зоны покрытия с использованием сканирующих приемников и специализированного ПО для записи уровней сигнала (RX Power, Ec/Io), параметров соты (PN offset, SID/NID), качества связи (FER).
- Проверка сквозной связи: Выполнение тестовых вызовов (голос, SMS, данные) с регистрацией успешности, качества голоса (MOS), скорости передачи данных и параметров хэндоверов.
- Оптимизация сети: Выявление проблемных зон (мертвые зоны, зоны с высоким уровнем интерференции, неудачные хэндоверы) на основе собранных данных.
- Стационарные измерения на объекте: Установка измерительного оборудования в ключевых точках сети (на базовых станциях) для длительного мониторинга параметров работы и выявления аномалий.
4. Испытательное оборудование
Для комплексного тестирования CDMA систем применяется широкий спектр специализированного оборудования:
- Анализатор спектра: Измерение выходной мощности, маски спектра, мощности соседних каналов (ACP), чистоты несущей.
- Векторный анализатор сигналов: Глубокий анализ характеристик CDMA-сигнала: модуляционная точность (EVM, Rho), пилот-корреляция, временные параметры, мощность кодовых каналов (Ior, Ioc), анализ констелляции.
- Векторный генератор сигналов: Формирование эталонных и тестовых CDMA-сигналов (с различными кодовыми каналами, уровнями мощности, замираниями) для тестирования приемников базовых станций и мобильных терминалов. Возможность эмуляции множества абонентов.
- Канальный эмулятор: Моделирование различных условий радиоканала (замирания, допплер, задержки, шум) для оценки производительности приемников в реалистичных сценариях.
- Тестовый мобильный терминал (UE Emulator): Специализированный прибор, имитирующий поведение одного или множества мобильных устройств для тестирования базовых станций и сетевой инфраструктуры. Измеряет параметры прямого канала (FER, мощность пилот-канала Ec/Io). Часто интегрирован с генератором сигналов обратного канала.
- Тестовая станция базовой сети (Network Emulator / Tester): Имитация поведения сетевой инфраструктуры (BSC, MSC, PDSN) для тестирования абонентских терминалов и базовых станций. Генерирует и анализирует сигнальные сообщения.
- Протокольный анализатор: Перехват, декодирование и анализ сигнальных сообщений на интерфейсах между сетевыми элементами (например, Abis, A-интерфейс в cdma2000).
- Системы Drive Test: Комплексы из сканирующих приемников (настроенных на CDMA-частоты), GPS-приемников, тестовых мобильных телефонов и специализированного ПО для сбора, записи и анализа данных в полевых условиях.
- Анализатор качества голоса (VQT): Оценка субъективного и объективного качества передаваемой речи (например, MOS - Mean Opinion Score).
Заключение
Тестирование системы CDMA является сложным и многоэтапным процессом, требующим глубокого понимания технологии, специализированного оборудования и методик. Комбинация лабораторных и полевых испытаний позволяет всесторонне оценить как отдельные компоненты системы (абонентские терминалы, базовые станции), так и их взаимодействие в реальных условиях. Непрерывный контроль ключевых параметров производительности и соответствия стандартам является критически важным для обеспечения надежной, емкой и высококачественной мобильной связи на базе технологии CDMA. Результаты испытаний служат основой для оптимизации сетей, устранения неисправностей и гарантии удовлетворенности абонентов.
