TD-SCDMA终端一致性测试技术研究

大唐移动通信设备有限公司系统集成测试部　王 鹏　孙嘉晨　顼文胜　谢永斌

　　一、前言

　　1.技术背景

　　　　随着TD-SCDMA产业的迅速发展，众多终端厂家的产品由研发阶段逐渐进入到了白箱联调和集成测试阶段，终端产业链也逐渐形成。但由于3G标准的复杂性，其中有很多不同的实现方法和标准的可选项以及参数范围的广泛性，根据以往WCDMA系统多年来难以兼容的经验教训，如果不进行终端一致性测试，那么多厂商终端的一致性和互联互通性将成为制约TD-SCDMA产业化和商业运营的关键因素之一，所以尽早开展终端一致性测试方面的工作就显得尤为重要。

　　多个厂家进行设备互联时，通过一致性测试能够充分检查设备实现与相应协议标准的符合程度，提高相同标准不同实现之间成功互联的概率。因此，通过一个标准配置的试验环境，多厂家根据协议规定的测试例来进行标准的、实用的一致性和互联互通性测试，以准确地验证移动终端设备的各项技术、信令和性能要求就具有重要的意义。

　　2.TD-SCDMA系统简介

　　TD-SCDMA第三代移动通信标准是大唐电信集团代表中国提出并被国际电联所接受的第三代移动通信标准，是近百年来我国通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准。TD-SCDMA系统全面满足IMT-2000的基本要求。它采用不需对称频谱资源的TDD模式以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式，同时使用1.28Mc/s的低码片速率，扩频带宽为1.6MHz。

　　TD-SCDMA系统综合了TDD和CDMA的所有技术优势，具有灵活的空中接口，并采用智能天线（SmartAntenna）、联合检测（JointDetection）、软件无线电（Software Radio）、接力切换（Baton Handover）等先进技术，具有相当高的技术先进性，在三个主流标准中具有最高的频谱效率，在系统容量、抗干扰能力等方面也都具有突出的优势。

　　TD－SCDMA移动通信系统的无线接口被划分为3个协议层：物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3）。物理层由下行物理信道和上行物理信道组成；数据链路层接受物理层的服务，并向网络层提供服务，它分为媒质接入控制子层（MAC）、无线链路控制子层（RLC）、分组数据汇聚协议子层（PDCP）和广播／多播控制子层（BMC）。MAC子层控制无线信道的接入信令过程。RLC子层提供无线接口的逻辑链路控制。BMC－SAP子层在无线接口的用户平面对公共用户数据提供广播／多播服务。PDCP子层完成将上层协议映射成下层的无线接口协议特性，使上层的协议具有透明性，PDCP层还提供协议控制信息的压缩和解压缩。网络层和RLC又分为控制平面和用户平面，PDCP和BMC只存在于用户平面中。网络层控制平面的最低层为无线资源管理子层（RRC），负责处理移动终端和无线接入网（RAN）之间在网络层控制面的信令，网络层控制平面的高层为移动性管理子层（MM）、呼叫控制子层（CC），分组交换移动性管理子层（GMM）和会话管理子层（SM），属于非接入层。

　　3.一致性测试简介

　　所谓一致性测试就是验证设备实现与相应协议标准的一致性，检验不同的待测设备是否能够满足一个统一的要求，从而在相同的外部条件下进行相同的动作，并且输出相同的结果。

　　终端一致性测试的开展是为了保证不同厂家的终端在网络内的表现一致并能够互联互通，保证终端的开发人员有据可依，从而为运营商保证质量。随着TD-SCDMA产业化进程的推进和商用系统的呼之欲出，研究终端标准和终端测试就成了我们的当务之急。其中，解决TD-SCDMA移动终端设备非一致性问题将成为整个系统演进过程中一个不可忽略的重要因素。

　　积极开展TD-SCDMA移动终端一致性测试技术的研究，提供标准的、实用的一致性测试方法和工具，以准确地验证移动终端设备的各项技术、信令和性能要求，对于TD-SCDMA产业化进程具有十分重要的意义。

　　二、一致性测试原理

　　一致性测试实质上是利用一组特定的测试例，在一定的网络环境下，对待测设备进行黑箱测试，通过比较实际输出与预期输出的异同，判定待测设备在多大的程度上与标准描述相一致，并借此来保证通过一致性测试的设备在不同网络中的表现一致。

　　同一类待测设备只有在通过了一致性测试后，才能保证在变化的环境中始终都做出同样的处理，从而有效保证在同一个网络内的其他实体不会发生由此带来的异常处理，确保了所有设备在公共部分实现的一致性。

　　很多情况下，我们很容易将一致性测试和集成测试混淆，实际上，这两者之间是有一定区别的：

　　1.实现手段上来讲，集成测试通常是由多个实际的网络设备来进行的，而一致性测试则是用可控的设备来模拟实际网络；

　　2.从关注目标来讲，集成测试较多关注系统的整体实现是否满足3GPP规范和设计规范，而一致性测试则更多关注某一类设备是否满足要求的一致性原则，即各厂家设备的实现是否一致；

　　3.从期待结果来讲，一致性测试较多地关注消息和流程尤其是异常情况的处理流程，而集成测试所关心的消息和流程则更多是系统操作中所能控制的流程，其中多数是正常流程，同时集成测试更为关注系统整体所表现出的性能。

　　三、终端一致性测试内容

　　从TD-SCDMA技术出发，应该不仅给用户提供普通的电话业务和功能，还应该根据自身的无线性能指标和所支持的协议提供更安全更丰富的业务。从普遍意义上来讲，终端一致性测试应该包括射频指标测试（TS34.122）、协议信令测试（TS34.123-1,2,3）和其他测试（TS31.120等）3类测试，其中协议信令测试部分最为庞大和复杂。

　　1.射频指标测试

　　由于TD-SCDMA是被国际认可的3G标准之一，所以在无线指标方面大致与其他标准相同，包括四个部分。

　　(1)发射机特性测试，包括UE最大输出功率、频率容限、最小输出功率、占用带宽、邻道泄漏抑制比、杂散辐射、发射互调、矢量幅度误差（EVM）、峰值码域误差等。

　　(2)接收机特性测试，包括参考灵敏度电平、最大输入电平、邻信道选择性、杂散辐射等。

　　(3)无线性能指标测试，包括静态传播条件下的解调性能要求、各种不同衰落条件下DCH解调性能要求等。

　　(4)支持无线资源管理的测试，包括小区选择、重选、切换、测量能力等。

　　2.协议信令测试

　　协议信令测试部分，保证UE的信令、协议的一致性、规范化。这部分测试主要包括3项内容：3G网络的基本功能、电路域基本过程和分组域基本过程。

　　(1)3G网络业务的基本功能

　　在UE的Idle模式下的基本操作：对不同PLMN选择、小区选择；系统信息接收；RRC层功能，安全模式控制和功率控制（包括了上行闭环功率控制和上行开环功率控制等相关项目）。

　　(2)电路域基本过程

　　电路域基本过程包括位置更新和呼叫控制。其中位置更新包括IMSI附着，周期性位置更新和正常位置更新等。呼叫控制要求UE应支持呼叫的建立及释放过程，包括UE发起呼叫（MOC）、UE被呼（MTC）、UE发起语音呼叫释放、数据呼叫及网络发起的语音呼叫释放等项目。

　　(3)分组域基本过程

　　分组域基本过程包括移动性管理和会话管理。移动性管理主要有GPRS附着/分离和周期性路由区更新。会话管理包括UE发起的PDP上下文激活、UE发起的PDP上下文去激活、PS域UE主叫、PS域UE发起呼叫释放等项目。

　　3.其他测试

　　(1)UICC/USIM测试

　　UICC/USIM的测试方法和测试要求应遵照TS31.120及TS31.121中的相关内容，包括物理特性，电气特性和传输协议等。

　　(2)声学测试

　　声学部分的测试应遵照TS26.131及TS26.132中的相关要求来进行。

　　四、终端一致性测试方法

　　一致性测试是由ISO9446国际标准定义的一个完善的测试方法。根据ISO9646一致性测试方法论的规定，测试标准包括3个部分：抽象测试集（ATS，AbstractTest Suite）、协议实现一致性说明（PICS）和协议实施附加信息（PLXIT）。可执行测试集（ETS）是在以上3个部分的基础上生成的。一致性测试的主要步骤如图1所示。



图1一致性测试过程的图示

　　ATS：抽象测试集，是描述过程的文本，它提供测试项的规范。

　　PICS：协议实现一致说明，用来说明实施的要求，能力及可选项实施的情况。

　　PIXIT：协议实施附加信息，用来提供测试时必须标明的协议参数。

　　ETC：可执行测试集，是测试集有软件实现体。

　　IUT：被测协议实现，是指一个实际开放系统将要进行一致性测试的那部分，它应该是一个或多个OSI协议的实现。

　　下面我们介绍两种终端一致性测试方法（如图2所示），其重点都在于一致性测试集和相应软件的编制。

　　1.SS+TTCN的方式

　　这是较为通用的方式，硬件采用SS（SystemSimulator），软件采用TTCN描述所实现的一致性测试集。

　　TTCN是一种规范的标准化的测试描述语言（ISO/IEC9646-3），全称是Treeand Tabular Combined Notation，即树表组合表述法。最初这种语言是为明确指定测试指令序列而开发的，它与内部实现没有关系，协议执行测试作为OSI参考模式（即通信堆栈）的一部分。

　　SS+TTCN的测试方式通过一系列TTCN测试步的设计来进行通用设置，如通过CPHY－PCO配置小区、物理信道和通用传输信道，通过CMAC－PCO配置MAC子层，通过CRLC－PCO配置RLC子层，通过TR－PCO发送系统信息，通过AM／UM－PCO来建立RRC连接，通过AM－PCO分配无线承载，通过Dc－PCO进行MM／GMM注册，通过Dc－PCO建立一电路交换呼叫或PDP上下文。

　　抽象语法描述（ASN．1）模块和TTCN模块是抽象测试集设计中用到的两个最重要的特征。UT和LT分别为上测试器和下测试器，上测试器（UT）位于测试系统中，作为与移动终端的人机接口界面（MMI），并提供该界面的ASP，TTCN通过在上测试器控制和观察点（UtPCO）发送相应的原语与上测试器（UT）通信；下测试器（LT）为CC、SM、MM、GMM、SMS、RRC、RLC、MAC、PDCP和BMC测试设置测试方法，并仿真RLC、MAC和PHY子层以便与被测移动终端通信，仿真的配置和初始化均由TTCN通过抽象服务原语（ASPs）控制。

　　2.NodeB+K1297脚本的方式

　　　　在现阶段SS硬件还不是非常完善的情况下，我们也可以采用另一种较为可行的方式来进行TD-SCDMA终端的一致性测试，硬件采用K1297+NodeB的组合，软件采用K1297 脚本所实现的一致性测试集。

　　K1297-G20是Tektronix公司提供的一种通信协议测试仪，目前被广泛应用在3G移动通信网络系统中的协议测试。它的硬件使用紧凑的硬件设计，将业务和数据处理功能与测试应用程序分开，在每一块处理板中都带有专用的处理器和通信控制器。它的硬件使用VME总线系统，带有至少5个插槽，支持在需求增长时扩容。它的人机交互界面使用高对比彩色TFT显示器，自带便携式键盘，通过外置光驱安装应用程序软件,并且使用通用的WINNT或者WINXP操作系统，在使用上与普通的PC感觉没有什么区别。

　　K1297-G20通过自身独特的协议测试软件支持对UMTSIu,Iub与Iur接口的协议测试，为CS以及PS中相关的信令协议和用户面协议提供检测、模拟和仿真功能。在目前的TD-SCDMA白箱测试和黑箱测试中，K1297-G20承担了NodeB/RNC/MSC/SGSN等网络实体仿真功能，应用于系统验证，功能实体和协议层的异常过程测试，CS/PS用户数据通道验证等，为TD-SCDMA系统中设备的启动/运行，呼叫跟踪，协议数据分析和错误定位发挥了重要作用。

　　通过K1297-G20的模拟和仿真功能，测试人员可以实现以下目标：

　　(1)仿真Iub/Iur/Iu接口的基本功能，完成实体协议层测试；

　　(2)仿真NodeB/RNC/MSC/SGSN等网络实体，完成设备基本功能测试；

　　(3)协议一致性测试，为不同TD-SCDMA厂家设备的互联互通提供依据；

　　(4)Iub/Iu/Iur接口信令检测和数据分析。

　　3.两种测试方法的区别及联系



图2两种一致性测试实现方式的图示

　　目前，这两种测试方法的相关工作我们都在进行，现阶段以NodeB+K1297的方式为主，今后将逐渐向SS+ TTCN的方式转变。

　　五、结束语

　　TD-SCDMA移动终端一致性测试集的编制和测试软件的开发，将为TD-SCDMA产品的研究开发和网络运营的操作维护提供理想的测试支持。随着对测试规范的深入研究，我们的测试集将得到进一步的充实，更进一步地保证经过测试验证以后的TD-SCDMA移动终端能够达到最大的一致性。

----《通信世界》