Тестирование двухрежимного цифрового мобильного терминала связи WCDMA/GSM (GPRS)

Тестирование двухрежимного цифрового мобильного терминала связи WCDMA/GSM (GPRS)

Введение
Современные мобильные терминалы часто поддерживают несколько стандартов связи для обеспечения максимального покрытия и совместимости с различными сетями. Двухрежимные терминалы, работающие в стандартах WCDMA (UMTS) и GSM (с поддержкой GPRS), представляют собой распространенное решение. Тестирование таких устройств является комплексной задачей, требующей проверки не только каждого режима по отдельности, но и их корректного взаимодействия и переключения. Данная статья описывает ключевые аспекты испытаний подобных терминалов.

1. Объекты испытаний
Основным объектом испытаний является сам двухрежимный цифровой мобильный терминал связи (MS - Mobile Station). В фокусе тестирования находятся:

1. Радиоинтерфейсы:
   • Приемопередатчик WCDMA (диапазоны частот, например, Band I (2100 МГц), Band VIII (900 МГц)).
   • Приемопередатчик GSM (диапазоны частот, например, GSM 900, DCS 1800).
   • Антенные системы (эффективность, диаграммы направленности).
2. Базовые функции связи:
   • Установление, поддержание и завершение вызовов (голос) в сетях WCDMA и GSM.
   • Регистрация в сетях WCDMA и GSM.
   • Передача данных через GPRS в сетях GSM.
   • Передача пакетных данных в сетях WCDMA (HSPA, если поддерживается).
3. Процедуры межстандартного взаимодействия:
   • Переключение между режимами (Inter-RAT Handover): WCDMA -> GSM и GSM -> WCDMA.
   • Переключение между технологиями в рамках GSM (Handover между сотами).
   • Поведение при изменении уровня сигнала (поиск сети, выбор приоритетной сети).
   • Режим Dual Transfer Mode (DTM) в GSM (если поддерживается): одновременная передача голоса и данных GPRS.
4. Дополнительные функции:
   • Управление питанием и время автономной работы в различных режимах.
   • Работа с SIM/USIM-картами.
   • Звуковые характеристики (качество передаваемой и принимаемой речи, уровни громкости, подавление эха).
   • Интерфейсы пользователя (дисплей, клавиатура, разъемы).
5. Программное обеспечение:
   • Прошивка терминала (Firmware).
   • Протоколы стека (Layer 1, Layer 2, Layer 3 для WCDMA и GSM/GPRS).

2. Область испытаний
Испытания охватывают широкий спектр параметров и сценариев работы:

• Радиочастотные (RF) параметры:
  • Выходная мощность передатчика (макс., мин., шаги регулировки) для WCDMA и GSM.
  • Спектральные характеристики (маска излучения, модуляция, ошибки векторной модуляции (EVM) для WCDMA; маска излучения, модуляция, фазовые ошибки для GSM).
  • Чувствительность приемника (минимальный уровень принимаемого сигнала при заданном BER/BLER/FER).
  • Динамический диапазон приемника.
  • Селективность приемника (блокирование, интермодуляция).
• Параметры производительности:
  • Качество голосовой связи (PESQ, POLQA).
  • Скорость передачи данных (пиковая, средняя) для GPRS и WCDMA пакетной передачи.
  • Задержки при установлении вызова и передаче данных.
  • Успешность процедур хэндовера (между сотами GSM, между сотами WCDMA, межстандартный Inter-RAT).
  • Стабильность соединения в различных условиях радиоканала (замирания, интерференция).
• Функциональные сценарии:
  • Регистрация и поиск сети в ручном и автоматическом режимах.
  • Голосовые вызовы внутри режима (WCDMA-WCDMA, GSM-GSM).
  • Голосовые вызовы между режимами (WCDMA-GSM, GSM-WCDMA).
  • Передача данных в фоновом режиме (GPRS, WCDMA PS).
  • Одновременная работа голоса и данных (DTM в GSM, пакетная передача в WCDMA).
  • Режимы энергосбережения (Idle mode, DRX).
• Параметры электропитания:
  • Потребление тока в различных состояниях (режим ожидания, разговор, передача данных, поиск сети).
  • Время работы от аккумулятора в типичных сценариях использования.
• Протокольная совместимость: Корректность обмена сообщениями с сетью согласно спецификациям 3GPP для WCDMA и GSM/GPRS.

3. Методы испытаний
Испытания проводятся с использованием двух основных методологий:

1. Испытания в контролируемой среде (Laboratory Testing):
   • С использованием тестового оборудования: Терминал подключается к специализированному испытательному оборудованию (см. раздел 4) вместо реальной базовой станции. Это позволяет:
     • Точное воспроизведение и контроль параметров радиоканала (уровень сигнала, замирания, интерференция).
     • Детальный анализ протокольного обмена.
     • Высокая повторяемость результатов.
     • Выполнение требований нормативов (например, Роскомнадзор, FCC, ETSI).
   • Методы: Измерения выполняются согласно стандартизированным методикам, описанным в спецификациях 3GPP (TS 34.121 для WCDMA, TS 51.010 для GSM/GPRS, TS 34.123 для протоколов), а также региональным нормам (ETSI EN 301 908, ETSI EN 301 511 и др.). Сюда входят:
     • Измерения RF параметров в установленных тестовых точках.
     • Тесты производительности приемника при заданных моделях замираний (например, фединг по Гауссу, фединг по Райсу).
     • Эмуляция процедур хэндовера и проверка их успешности.
     • Тестирование чувствительности в условиях блокирующих сигналов и интермодуляции.
     • Измерения потребления тока.
2. Полевые испытания (Field Trials):
   • Терминал тестируется в реальных сетях операторов связи в различных условиях:
     • Различные типы местности (город, пригород, сельская местность).
     • Различные условия распространения сигнала (внутри зданий, на открытой местности, в движении).
     • Разные уровни нагрузки сети.
   • Методы:
     • Длительные тесты на удержание соединения (Long Call).
     • Тесты на успешность установления вызова (Call Success Rate).
     • Тесты на успешность передачи данных (Data Throughput, Success Rate).
     • Мониторинг процедур хэндовера в реальных условиях.
     • Субъективная оценка качества голоса.
     • Оценка времени автономной работы в реальных сценариях.

4. Испытательное оборудование
Для проведения всесторонних испытаний двухрежимного терминала требуется комплекс специализированного оборудования:

1. Анализатор спектра: Для измерения выходной мощности, маски излучения, нежелательных излучений.
2. Векторный генератор сигналов (VSG - Vector Signal Generator): Для генерации эталонных сигналов WCDMA и GSM с возможностью введения замираний и помех. Ключевой прибор для тестирования приемника.
3. Векторный анализатор сигналов (VSA - Vector Signal Analyzer): Для детального анализа модуляции, спектральных характеристик и качества сигнала, передаваемого терминалом (EVM, маска, мощность).
4. Тестовый симулятор сети (Network Emulator / System Simulator): Комбинированный прибор или набор приборов, эмулирующий функционал базовой станции и ядра сети для WCDMA и GSM/GPRS. Позволяет:
   • Устанавливать и поддерживать соединения с терминалом.
   • Эмулировать соты, хэндоверы, процедуры регистрации.
   • Генерировать и принимать тестовый трафик (голос, данные).
   • Анализировать протокольный обмен.
5. Камера экранированная (ЭМС камера): Для проведения измерений в условиях отсутствия внешних помех и обеспечения требований электромагнитной совместимости (ЭМС).
6. Камера реверберационная (Fading Simulator Chamber): Для создания реалистичных условий многолучевого распространения сигнала (замираний) при тестировании производительности приемника.
7. Источник постоянного тока и измеритель мощности: Для точного измерения потребляемого терминалом тока и напряжения в различных режимах работы.
8. Аудиоанализатор: Для генерации и анализа тестовых аудиосигналов, измерения параметров качества речи (уровни, частотная характеристика, искажения).
9. Контроллер протоколов (Protocol Analyzer): Для захвата, декодирования и анализа низкоуровневых протокольных сообщений между терминалом и симулятором сети.
10. Программное обеспечение для автоматизации тестов: Для управления испытательным оборудованием, выполнения тестовых сценариев, сбора и анализа данных.

Заключение
Тестирование двухрежимного терминала WCDMA/GSM (GPRS) — это сложный и многоэтапный процесс, требующий глубокого понимания обоих стандартов связи и их взаимодействия. Комбинация испытаний в контролируемой лабораторной среде и полевых испытаний в реальных сетях обеспечивает всестороннюю проверку соответствия терминала требованиям нормативных документов, стандартов связи и ожиданиям пользователей по надежности, качеству связи и функциональности. Использование специализированного испытательного оборудования является необходимым условием для получения точных, воспроизводимых и полных результатов, гарантирующих качество и совместимость устройства.