TETRA移动设备测试

对于移动设备工程师来说，从模拟转向数字系统将面临哪些变化呢？

警察、消防队员、营救人员以及其它使用移动服务的人员面对的是快速变化的新发展：符合TETRA标准的数字移动系统正在引入越来越多的国家和机构。在迁移过程中容易引起问题的地方并非仅仅是网络技术结构本身：过去10多年来发展出的工作流程需要改变，我们目前所熟悉的面向公共安全机构的开放信道和移动服务正在成为过去。移动设备生产商生产的新设备将配备到成千上万的用户和车辆，甚至移动工程师的日常工作也会从根本上发生变化：由于信息的数字化传输，TETRA移动设备与原来采用的模拟移动设备有着完全不同的特性。未来，如何利用测试手段以及通过什么标准来判断移动设备工作是否正常？

要求

 TETRA 空中接口的定义，即所用移动技术的描述，已在ETSI标准EN 300 392中给出。EN 300 394属于同一系列标准，给出了新开发移动设备和基站的复杂接收测试标准。这也意味着设备维修和测试的具体步骤也可以从这些标准中导出。

对模拟无线技术，只需要一个信号发生器和一台测试接收机就可以完成移动设备的测试。与此不同，对于TETRA技术，一台测试设备需要仿真一个基站并启动移动设备的注册过程，这样才能保证移动设备与测试设备之间的动态通信。要做到这一点，测试设备发送的控制信道必须包含与移动设备完全一样的网络参数（MCC 和 MNC，国家识别码和网络识别码）。此外，测试仪还必须采用移动设备用于主控制信道（MCCH）和业务信道（TCH）的频率。在许多欧洲国家，分配了两个频段（每个400个信道）给数字集群通信：380至400 MHz用于公共安全网络，410 至 430 MHz用于专用无线网络，每个频段有10 MHz双工空间，并且多数采用12.5 kHz信道偏移。对于全面的测试，必须在信道的上频带和下频带极限以及频段的中间各进行一次测试。

如果测试设备的这些参数设置正确并且网络模拟也启动，那么移动设备就会在一个短时隙内注册到测试设备。此时，移动设备也传送一些重要的信息，例如设备类别和支持的功能，如激活的加密方式以及最大传输性能。移动设备中活动的呼叫组也注册到网络（此时就是测试设备）或显示出来。这一信息可以做为设备测试的初始结果，因为这些呼叫组也构成设备寻址的重要部分：如果移动生产厂中对设备进行编程时遗忘了一个组，则会导致设备会响应独立呼叫，但却不会响应组呼，而在使用中这是不允许发生的。因此，需要通过测试呼叫检查是否所有相关组都在设备中正确设置。任何情况下，这一测试呼叫都会启动技术参数的测试，从而确保移动设备的连续传输。

图 1：TETRA 移动设备测试站

发射器测试

如果建立的是双工呼叫，移动设备会立即进行发送模式；对于单工呼叫，还需要一个按下通话（push-to-talk）的按钮，这样发射器消息的测试结果就会显示出来。乍看起来，发射性能的测试与模拟无线技术类似，然而：由于TETRA技术采用了TDMA（时分多址），有四个时隙，因此移动设备并非连续发射，在长56.67 ms的TDMA帧中只使用了其中的14.167 ms。发射性能的测试必须在这一活动时隙完成。技术上这没有什么问题，GSM技术甚至在15年前就已经采用甚至比这更短的时隙了。然而，还必须在不过载或欠载的条件下，对TETRA移动设备发射器在规定时间间隔里上升所需要的输出电平或从这一电平下降时的情况进行测试。通常采用功率/时间模拟测量来完成这一测试，其中在规定的时间内测量发射器开关相对于容差限值的表现，并以图形方式显示出来。容差的数值在EN 300 392 6.4.5部分给出来。如果不能够满足其中的容差要求，那么移动设备有问题了。在指定的时隙以外（非活动发射状态），发射输出必须低于规定的最小值，相对于载波最大–70 dBc或绝对最大值 –36 dBm才行。

为补偿无线信号传输时间，整个猝发包的发射时间会稍微提前或延迟，以保证信号在准确的时间到达基站。如果称为帧对齐的这一技术工作不正常，那么移动设备发射时段可能会落在相邻时隙，从而干扰其它用户的通信。相关参数可利用测试技术确定并以符号周期为单位显示出来。

发射性能可以根据设定的步骤来设定。发射性能由TRTRA无线设备控制，是依赖于接收电平（开环功率控制）的功率控制流程的一部分。测试仪应当根据信号电平自动确定TETRA 移动设备的性能级别。

载波的频率误差对于TETRA信号来说比模拟传输时更为关键。对模拟载波来说，频率不正确大多数情况"只是"导致信号失真，而对于数字TETRA信号，超过100 Hz 的频率偏差会导致信号无法正确接收，或者连接无法建立。TETRA移动设备都具有自动频率校正（AFC）功能，然而，这一功能主要是修正移动设备发射器的中心频率与基站一致，大多数移动设备中这一功能仅能支持最多1 KHz的偏移。由于AFC扮演着如此重要的角色，因此测试必须覆盖这一功能。

调制测试

调制质量测试未来也将变得相当复杂。在模拟无线公共安全系统中，一个重要的指标是频率偏差，如果出现错误的话会导致信号失真或幅度过小。对于TETRA技术所采用的 π/4-DQPSK调制方式，话音并非利用频率偏差连续传输的，而以数字化以后以位序列编码的形式传输。TETRA信号载波是分级相位调制的，一个调制级（"符号"）传送两位数据。表1给出了允许的相位变化，图2则显示出代表相位模式的星图，即信息如何通过DQPSK在笛卡尔坐标系统中传输的方法。两个轴都标出了复杂度，向量的方向表示相位，长度则代表传输性能。即使粗略一看，这一图像也显示出许多有关调制质量的内容。这里，典型的问题包括圆形结构的"成形"，这样眼图开关显得更像蛋形（图3），或者电路上调制向量的某个判断点被擦除（图4）。因此名义偏差本身构成一个（误差）向量（图5），其幅度即是调制质量的实际数值测量值，称为误差向量幅度（error vector magnitude）。在任何情况下，相位图都不应当经过星座图的原点。因为这意味着传输功率返回到零，对于这种调制方式这是不可能的，实际上这也是这一技术的优点之一。圆的中心点必须保持自由，与眼图类似。

图 2：允许相移生成的星图

图 3：失真的星图；圆变成了"蛋形"

图 4：由于星图抖动导致的判断点移动 

 图 5：确定误差向量（EVM）

接收器测试

确定接收器灵敏度的测试过程也与原来模拟无线时的方法不同。在模拟情况下，信号发生器产生的测试信号被降低到话音传输所需要的最小信噪比（S/N 或 SINAD），在确定数字接收器的灵敏度阈值时通常采用位错率（bit error rate）。在TETRA系统测试时也采用信号发生器，并利用TETRA 标准中规定的位序列（T1测试信号）进行调制，其RF电平也持续缓慢降低。与模拟无线系统不同的是位错率的增加是突然的，显示出TETRA接收器中错误校正的重要性：如果接收电平太低，解码就不会再进行。标准TETRA移动设备极度敏感，其动态灵敏度约为–103 dBm (静态 –112 dBm)。
不幸的是并非所有移动设备生产商都支持标准测试信号，这也是必须接受附加测试程序的原因：呼叫灵敏度（paging sensitivity）。此时代替位错率测量的方法是重复向移动设备发送重新注册的请求。移动设备最后响应的RF电平就做为其灵敏度阈值。该方法没有位错率测试那么精确，但却适用于所有生产商生产的设备。当确定设备灵敏度时采用屏蔽环境会得到更高更准确的灵敏度数值。为此，业界提供了小型测试箱（屏蔽盒）。为了避免环境中无线网络的干扰效率，至少需要80 dB的屏蔽能力。在这些屏蔽盒中，还可以采用天线耦合器，即简化了测试时的固定问题，也不再需要通过特殊连续提供移动设备到测试设备间的直接连接（图6）。

  图 6：带有天线耦合器的TETRA测试盒

其它变化？

TETRA移动设备的测试在TETRA 还有进一步的规定，如为了确定传输质量进行音调测试，以及不同测试环路下的测试。不幸的是，并非所有设备生产商都始终坚持符合标准规定。评估传输质量的最简单最快速的方法是测试设备提供的话音环路。在此端到端测试中，麦克风和话筒也得到测试。麦克风接收到的话音经过短暂的延迟后在移动设备的扬声器发出。为保证双向通信，自然需要首先建立一个双向呼叫连接。

在TETRA终端测试中经常出现问题的是空中接口加密与TEA 1 至 4的符合性；在此过程中用户数据和信令加密后通过空中接口传输，因此如果不知道编码和算法，测试设备就无法建立连接。此时，TETRA移动设备只能先在非加密透明模式下测试。因此需要移动设备能够至少在一个信道以非加密方式工作。要解决这一问题除非在每台移动设备测试仪中都存储了所有编码和算法，但在目前这是不可行的，同时也不符合TETRA标准的安全策略。

对于用户数据端到端加密的设备也可以进行测试，因为此时信令是非加密传输的。然而，尽管很少遇到，仍然有些设备并非按照TEA标准进行加密。

特殊情况

在维修时，特别是更换部件时，发射器和接收器经常需要重新校准。为此，TETRA移动测试设备还可以用做精确信号发生器和分析仪，不需要移动设备登录，也不需要建立连接。对TETRA基站的测试也类似，当然这些测试并无法完全代替正常网络运营时的测试。在特殊服务模式，基站可以在发射和接收器完成测试前启动。如果移动台测试仪控制了反向频率位置-扮演一台移动设备，即在低频带发射，并高频带接收，那么大多数测试都可以针对基站进行。

展望

利用功能强大的测量测试技术，负责安全部门和商业应用的移动设备工程师将可快速安全地满足新的要求。自动测试流程可使员工自动检查自己的移动设备，而用于终端编程的管理系统则可帮助维持网络中设备的总体情况，即使设备数量庞大也没有关系，可以帮助持续地正确记录设备状态。最终，正在成熟中的TETRA II配合OFDM技术借助着空中接口的最新革命！