TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试分析

摘要

3GPP Rel5版本引入的HSDPA技术，对TD-SCDMA终端的射频性能及基带处理能力提出了更高的要求，同时也给终端的一致性测试增加了新的内容。本文介绍了TD-SCDMA终端HSDPA射频一致性测试的基本原理，结合3GPP协议，对TD-SCDMA终端HSDPA射频一致性测试的目的和方法进行了分析。

1 引言

为了满足用户日益增长的对高速分组数据业务的需求，第三代合作组织（3GPP）在Rel5加入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC和HARQ技术，引入高阶调制（16QAM），在快速分组调度的基础上，使得理论上TD-SCDMA HSDPA下行单载波可以达到2.8Mbit/s的数据传输速率，大大提高了下行容量和数据业务速率。

为了让HSDPA技术能够成功应用在实际的TD-SCDMA系统中，需要保证终端能正确实现HSDPA的各项功能，这对终端的射频一致性测试提出了新的要求。为此，3GPP Rel5的TDD终端射频一致性规范（以下简称规范）专门增加了用于测试终端HSDPA各项功能的测试方法和参考配置，为各厂家测试终端的HSDPA性能给出了指导和参考。

本文首先介绍终端HSDPA射频一致性测试的基本原理和基本概念，第二部分则结合协议分析了HSDPA各个测试用例的测试目的和测试方法，最后在产业化方面，介绍了星河亮点通信软件有限公司推出的测试仪表SP6010为了支持HSDPA射频一致性测试做的工作。

2  TD终端HSDPA射频一致性测试概述

终端的HSDPA射频一致性测试，是由系统模拟器（SS）提供HSDPA网络侧的环境，由衰落信道仿真器（FS）模拟多径衰落环境，由加性白高斯噪声发生器(AWGN Generator)模拟背景噪声。SS通过模拟基站、RNC和核心网的基本功能，按照协议规定的信令流程把终端带到合适的状态，在通信过程中对终端的反馈进行记录，分析和评估。

HSDPA射频测试关注的是具备了HSDPA能力的终端在与网络进行通信的过程中，终端射频发射、射频接收以及基带信号处理的性能是否达到了规范中的最小要求。规范的第9章给出了针对具备HSDPA能力终端的射频测试规范，主要关注终端的三种能力：

（1）对HS-DSCH的解调能力；

（2）准确上报信道质量的能力；

（3）正确检测HS-SCCH中关于HS-DSCH的下行控制信息的能力。

3  TD终端HSDPA射频一致性测试分析

3.1  参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试

此测试为了评估终端对HS-DSCH信道的解调性能。主要针对终端在多码道复合传输下的接收和IR-HARQ合并处理功能的性能是衡量HSDPA终端整体性能的重要指标。为了充分降低网络侧的影响，假设HS-SCCH的发射功率足够大，使得出现DTX的概率非常低。

参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试用到了信息比特吞吐量(R)，该指标定义为在一定测试时间内，终端成功接收到的信息比特总数除以测试时间，其单位为千比特每秒。由于HSDPA的上下行非对称性，无法在上行链路将数据全部环回进行误码率或误块率分析，能够被环回的数据只有ACK/NACK。为了得到吞吐量，SS需要记录每个下行发送块的大小，并统计终端在HS-SICH上发送的对应每个发送块的反馈情况，通过式(1)计算吞吐量。

(1)

其中，

T表示测试时间，以秒为单位，M表示整个测试过程中SS发送的下行数据块数量，Nn和分别表示第n个数据块包含的信息比特数以及终端对该数据块的反馈信息。是统计信息转化函数。

（1）固定参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试

此测试下，网络侧不开启AMC功能，而采用固定的调制编码方式和传输块大小，只考虑HARQ对HS-DSCH吞吐量的影响。规范中规定了HARQ处理相关的具体参数，包括最大传输次数和冗余及星座版本(RV)。SS依据规范附录中规定的调制编码方式和传输块大小发送HS-DSCH，并以事先定义好的处理策略响应终端的ACK/NACK/statDTX反馈，具体的处理策略见表1。SS通过统计测试过程中终端反馈的ACK，NACK以及statDTX数目，就可以由式(1)统计出吞吐量R。规范中给出了各种传播环境下对吞吐量指标的最小要求，以终端接入能力为1.1Mbit/s，调制方式为16QAM为例，规范给出的最小要求如表2所示。

表1  SS响应ACK/NACK/DTX的行为(固定参考信道)

表2  1.1Mbit/s接入等级终端性能要求,16QAM

图1描述了进行固定参考信道下HS-DSCH吞吐量测试时，终端与SS间的HSDPA相关的三条物理信道交互内容。以终端接入能力为1.1Mbit/s，调制方式为16QAM为例，按照规范给出的HARQ参数：进程数为4，冗余版本(RV)序列为{6，2，1，5}。SS通过在HS-SCCH信道上翻转对应于同一HARQ进程的新数据指示(NDI)来指示终端有无新数据传输。新数据指示取值范围为0和1，因为收到NACK而触发重传时，SS会保持NDI不变，并应用RV序列中的后一个RV进行重传。

图1  参考信道吞吐量测试HSDPA物理信道交互内容图

从图1分析可知，终端没有正确解调出HARQ第二个进程的第一个数据块，因而通过上行HS-SICH信道反馈NACK，要求重传；并且终端没有正确解调出HARQ第四个进程数据块在HS-SCCH上的控制信息，造成了statDTX。

（2）可变参考信道下的HS-DSCH吞吐量测试

此测试主要测试的是终端AMC的处理能力，SS需要依据终端在HS-SICH信道上反馈的信道质量标识(CQI)报告中的RMF，RTBS字段来设置HS-DSCH发送数据块的大小和调制编码方式。为了消除HARQ重传对吞吐量的影响，规范规定HARQ的最大传输次数为1，即不允许重传，这样不论终端在HS-SICH上回复ACK，NACK或是statDTX，SS都将忽略该字段的信息，只发送新数据。

与固定参考信道测试中吞吐量的统计方法不同，为了统计可变参考信道的吞吐量，SS必须为每一个发送数据块保留传输块大小的记录和相应的终端反馈，当记录的响应次数达到2000后，依据式(1)计算吞吐量R，规范给出了各种传播环境下对吞吐量指标的最小要求，以终端接入能力为1.1Mbit/s的情况下，规范给出的最小要求如表3所示。

表3  1.1Mbit/s接入等级终端性能要求

SS和终端的HS-SCCH，HS-PDSCH以及HS-SICH的交互内容与固定参考信道的吞吐量测试大致相同，只是下行HS-PDSCH数据块的大小和调制编码方式不再是固定的，会根据终端上报的CQI发生改变。

3.2  HS-DSCH信道质量标识报告测试

此测试评估在静态传播环境配置下终端上报的CQI报告的准确性。终端上报的CQI报告是基站进行自适应调制编码的主要依据。CQI报告的准确性将直接影响整个HSDPA通信系统的吞吐量。HS-DSCH的信道质量指示(CQI)报告测试主要针对终端内部进行信道测量的功能单元。CQI报告的准确性包含两个方面的内容：第一是收敛性，即在传播环境相对不变时，终端上报的CQI报告应当在较小的范围内变动，具有足够小的方差。第二是有效性，即当基站按照终端在CQI报告中推荐的传输块大小(RTBS)发送时，能够保证一定的链路通信质量，具有足够小的BLER。规范采取两步走的方式测试准确性的这两个方面，即仅对CQI报告满足收敛性要求的终端再进行CQI报告的有效性测试。

（1）CQI报告的收敛性测试

在CQI报告收敛性测试中，SS需要依据在HS-SICH信道上接收到的终端的信道质量标识（CQI）报告来设置HS-DSCH发送传输块的大小和调制编码方式。SS需要记录每一个接收到的CQI报告中RTBS的取值，并对终端反馈的ACK，NACK或statDTX进行计数。当SS接收到的CQI报告总数达到2000后，SS对终端在测试过程中所有CQI报告中RTBS的取值进行频度统计，得出RTBS取值的累积频度分布，定义累积频度分布≥50%时，对应的第一个RTBS取值为CQI中值。

规范要求所有CQI报告中，90%的RTBS取值必须在CQI中值左右一定范围内，依据具体的测试条件不同，该范围为±2或±3。

（2）CQI报告的有效性测试

只有通过了CQI报告收敛性测试的终端，才能进行CQI报告的有效性测试。与收敛性测试不同，在有效性测试中，SS将不再依据终端CQI报告进行AMC处理，代之以固定的传输块大小在HS-DSCH发送数据，而这个传输块大小对应于CQI报告收敛性测试中得到的CQI中值。有效性测试的指标为BLER，规范要求在SS以CQI中值进行下行传输时，BLER不大于0.1。式(2)给出了BLER的计算方法：

(2)

当下行发送的数据块大小固定时，即，，吞吐量R与BLER间存在对应（3）的关系。

(3)

3.3  HS-SCCH捕获性能测试

由于HS-DSCH信道为共享信道，其控制信息全由HS-SCCH承载，终端若想正确解调HS-DSCH上的数据，必须正确检测HS-SCCH。故终端对HS-SCCH的检测能力是HSDPA的高速下行传输的前提。规范通过观测statDTX的方法来测试HS-SCCH的性能，以事件发生的概率给出对HS-SCCH检测性能的最小要求。事件定义为当SS通过HS-SCCH指示终端将有属于它的下行数据被发送，而SS却在相应的HS-SICH的ACK/NACK字段观测到一次statDTX。该测试进行时，终端会在下行检测到4个不同的HS-SCCH，但只有其中的一个HS-SCCH，携带有被测终端的身份标识。

测试中，HS-DSCH的调制编码方式以及HARQ参数与固定参考信道下HS-DSCH吞吐量测试的配置相同。为了保证终端不会由于错过HS-DPSCH而产生statDTX，规范要求测试过程中SS需要保持足够高的HS-DPSCH功率。

SS通过统计整个测试过程中在HS-SICH信道上得到的ACK，NACK以及statDTX数目来计算，参见式(4)：

(4)

其中，

规范给出了各种传播环境下的上限，具体如表4所示。

表4  HS-SCCH捕获的最小测试要求

(1.28Mcps TDD option)

4  结束语

为了让HSDPA技术成功应用在实际的TD-SCDMA系统中，加快产业化进程，很多仪表厂商都积极进行着支持TD-SCDMA系统终端HSDPA射频一致性测试仪表的开发，其中北京星河亮点通信软件有限责任公司的研发团队已经完成基于3GPP Rel5的协议栈和物理层的开发和实现，公司推出的SP6010 TD-SCDMA终端综合测试仪只需通过简单升级即可获得完美支持规范对HSDPA射频一致性测试的要求。除此之外，SP6010还将提供众多的物理层参数和协议栈参数，用户可以按需灵活配置完成测试。