量測(cè)WCDMA終端設(shè)備接收器的新方法

為了量測(cè)WCDMA終端設(shè)備（UE）的解調(diào)器效能所發(fā)展出的33 kbps參考量測(cè)頻道（RMC）可提供一種新方法，協(xié)助工程師分析出接收器在RF頻域內(nèi)的各種效能，這類的效能若使用標(biāo)準(zhǔn)的錯(cuò)誤修正演算法往往會(huì)被遮蓋住。這篇文章將針對(duì)三款不同機(jī)種的WCDMA UE進(jìn)行效能量測(cè)并提出測(cè)試的結(jié)果。

前言

全球已經(jīng)開始著手佈建第三代（3G）的行動(dòng)電話系統(tǒng)，因此需要在設(shè)計(jì)階段和生產(chǎn)制造階段進(jìn)行終端設(shè)備（UE － 相當(dāng)于2G系統(tǒng)的MT行動(dòng)終端裝置）的測(cè)試。3GPP標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定的一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目是位元錯(cuò)誤率（BER）測(cè)試，它是透過一個(gè)12.2 kbps的參考量測(cè)頻道（RMC）[1,2]來進(jìn)行的。然而，這項(xiàng)測(cè)試只能*估出UE在頻道解碼之后的整體位元錯(cuò)誤效能，無法另外針對(duì)解調(diào)器本身的效能提供必要的資訊。盡管解調(diào)器的效能是影響接收器好壞相當(dāng)重要的一環(huán)，特別是在設(shè)計(jì)階段，但在現(xiàn)行的3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，一旦解調(diào)器被整合到UE中之后，就不會(huì)再對(duì)它進(jìn)行*估了。雖然如此，在設(shè)定12.2k的RMC時(shí)，只要在通話連結(jié)上做一些小修改，就可以建構(gòu)出一種新的頻道，該頻道不會(huì)在上傳連結(jié)或下傳連結(jié)上使用錯(cuò)誤修正的功能，因此可以產(chǎn)生一個(gè)回傳（loopback）連結(jié)來測(cè)試接收器的效能，相較于一般的連結(jié)，可以更詳細(xì)地揭露出RF相關(guān)的問題。

回傳測(cè)試的設(shè)置方式

圖1的方塊圖畫出了回傳測(cè)試[3]時(shí)，系統(tǒng)模擬器（測(cè)試機(jī)組）與UE之間的連接方式。在測(cè)試機(jī)組中產(chǎn)生的資料位元會(huì)以“10110001101”的數(shù)碼來表示，并且在radio bearer測(cè)試模式連結(jié)的時(shí)候，透過12.2 kbps的參考量測(cè)頻道傳送到UE上，如參考資料[1,2]中所述。UE會(huì)解出資料位元，并將同一份資料回傳給測(cè)試機(jī)組，接著測(cè)試機(jī)組會(huì)比較傳送出去的資料和接收到的資料，然后計(jì)算出位元錯(cuò)誤率。

圖1：系統(tǒng)模擬器與終端設(shè)備之間的回傳路徑。

位元錯(cuò)誤率（BER）的定義是所接收到的錯(cuò)誤位元數(shù)和送出的所有資料位元數(shù)的比[3]，這些位元指的是迴旋乘積/超級(jí)解碼器輸出端的資訊位元。當(dāng)測(cè)試機(jī)組量測(cè)回傳的位元錯(cuò)誤率時(shí)，會(huì)在下傳連結(jié)的專用流量頻道（DTCH）上，將一段已知的資料數(shù)碼傳送給設(shè)定為回傳模式的UE，UE會(huì)將資料解碼，并在上傳連結(jié)的DTCH上將資料重新傳送出去。測(cè)試機(jī)組會(huì)分析上傳的資料，看看它與原先透過下傳連結(jié)送出的資料位元的吻合情況。測(cè)試機(jī)組一次會(huì)比較下傳和上傳資料的一個(gè)傳輸區(qū)塊，量測(cè)所得的結(jié)果（亦即位元錯(cuò)誤率）就是所接收到的不正確位元數(shù)與送給UE的總位元數(shù)的比。測(cè)試UE的接收器效能時(shí)，會(huì)假設(shè)上傳連結(jié)不會(huì)發(fā)生資料錯(cuò)誤的情況，如果在上傳連結(jié)發(fā)生任何的錯(cuò)誤，接收器測(cè)試就會(huì)完全無效。

原先12.2 kbps RMC的實(shí)作方式

圖2是專用實(shí)體資料頻道（DPDCH）的建構(gòu)方式，它是透過將一個(gè)DTCH和一個(gè)專用控制頻道（DCCH）的資料加以多工處理所形成的。在每一個(gè) 20 ms的DTCH訊框（frame）內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生244個(gè)位元的資料，因此原始的資料速率為244個(gè)位元/20 ms = 12.2 kbps。接著會(huì)再加上24個(gè)循環(huán)檢查碼（CRC）和尾部位元，并將整個(gè)資料區(qū)塊轉(zhuǎn)入一個(gè)1/3速率的迴旋乘積編碼器（convolutional encoder）中。之后，每804個(gè)編碼好的資料位元中，會(huì)將126個(gè)位元打孔（puncture），只留下688個(gè)位元供接下來的階段使用。在進(jìn)行回傳測(cè)試的時(shí)候，會(huì)透過DTCH來傳送已知的測(cè)試資料數(shù)碼，構(gòu)成12.2 kbps的RMC。

圖2：專用實(shí)體資料頻道（DPDCH）的建構(gòu)方式。

3GPP的標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種回傳的類型，如圖3所示。就第一類而言，如果封包資料是radio bearer的話，回傳的位置可以在封包資料收斂協(xié)定（PDCP）層之上，或是如果使用RMC的話，則在無線連結(jié)控制（RLC）層的上面。第二類回傳可提供測(cè)試區(qū)塊錯(cuò)誤率（BLER）的方法，首先，測(cè)試機(jī)組會(huì)將傳輸區(qū)塊以及計(jì)算出來的CRC傳送給UE，當(dāng)UE解出傳輸區(qū)塊和CRC之后（這兩項(xiàng)可能都會(huì)含有錯(cuò)誤），會(huì)將同一傳輸區(qū)塊和CRC透過上傳連結(jié)回傳給測(cè)試機(jī)組。測(cè)試機(jī)組會(huì)依據(jù)所接收到的傳輸區(qū)塊計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的CRC，并將之與先前送給UE的資料進(jìn)行比較，當(dāng)這兩個(gè)CRC不一樣的時(shí)候，就表示出現(xiàn)了區(qū)塊錯(cuò)誤。若要成功地進(jìn)行這種類型的BLER測(cè)試，測(cè)試機(jī)組必須要能確定UE可以將上傳傳輸區(qū)塊的大小設(shè)定為足以包含原始的傳輸區(qū)塊資料和CRC。第二類回傳的另一個(gè)條件是要求UE不要在上傳連結(jié)上傳送計(jì)算出來的CRC，但要將下傳連結(jié)上所接收到的資料直接再傳送出去。

圖3：第一類和第二類的回傳

新的33 kbps RMC的實(shí)作方式

傳送radio bearer設(shè)定訊息給UE的時(shí)候，3GPP規(guī)格一開始允許為傳輸區(qū)塊選擇“不使用頻道編碼”的方式，當(dāng)DTCH的傳輸區(qū)塊選擇了“不使用頻道編碼”時(shí)，諸如傳送時(shí)間間隔、DCCH配置設(shè)定和傳輸區(qū)塊多工等所有其它的參數(shù)都會(huì)與12.2 kbps RMC的完全一樣。在所提出的通訊協(xié)定中，除了未編碼傳輸區(qū)塊的大小會(huì)增加，以及移除掉頻道編碼和速率匹配等功能之外，所有的信號(hào)傳輸和實(shí)體層參數(shù)都會(huì)保持不變。在radio bearer的設(shè)定訊息中，測(cè)試機(jī)組會(huì)告訴UE在DTCH上的下傳和上傳傳輸區(qū)塊都“不使用頻道編碼”。此外，為了保持頻道的對(duì)稱，并且讓所有其它傳送格式的變數(shù)保持不變，測(cè)試機(jī)組也會(huì)下令增加未編碼傳輸區(qū)塊的大小，使得相同大小的區(qū)塊可以出現(xiàn)在測(cè)試機(jī)組和UE傳送路徑上的第一個(gè)交錯(cuò)階段（如圖2所示）。圖4是依據(jù)新的通訊協(xié)定修改過的DTCH，在新的協(xié)定中，672個(gè)DTCH資料位元會(huì)在一個(gè)20 ms的訊框中傳送出去，因此可將原始資料速率由12.2 kbps提高到33.6 kbps。之后會(huì)加入16個(gè)CRC位元，接著，所形成的688位元資料區(qū)塊會(huì)被轉(zhuǎn)入第一個(gè)交錯(cuò)處理器中做進(jìn)一步的處理。值得注意的是，當(dāng)DTCH選擇“不使用編碼”的方式時(shí)，就不需要將下傳連結(jié)或上傳連結(jié)的DTCH位元打孔了（由速率匹配區(qū)塊進(jìn)行）。如果在系統(tǒng)模擬器中實(shí)做出上述的33.6 kbps RMC的話，就不需要在UE的實(shí)體層或通訊協(xié)定配置設(shè)定上做任何的改變了。

圖4：針對(duì)33.6 kbps RMC修改過的DTCH訊框。

這種頻道設(shè)置方式可以有效地移除系統(tǒng)中的錯(cuò)誤修正編碼，同時(shí)將原始資料速率由12.2 kbps提高到33.6 kbps，以加快BER的測(cè)試速度。另外，位元錯(cuò)誤的量測(cè)結(jié)果也有助于更準(zhǔn)確地*估出UE實(shí)際的RF和解調(diào)效能。如果將所得到的BER與使用12.2 kbps RMC所量測(cè)到的BER相比較的話，也可以測(cè)出頻道編碼的增益。

量測(cè)結(jié)果

測(cè)試機(jī)組中已將所提出的通訊協(xié)定實(shí)做進(jìn)去，使用12.2 kbps和33.6 kbps的RMC分別進(jìn)行BER測(cè)試所得到的典型結(jié)果如圖5所示。由圖中可以看出，就同樣0.1 %的BER而言，當(dāng)使用頻道編碼功能的時(shí)候，接收器的靈敏度可從大約-100 dBm大幅提高到-110 dBm。接著我們對(duì)三款不同品牌的UE進(jìn)行BER量測(cè)，結(jié)果如圖6和圖7所示。由圖中可以看出，不同品牌的UE具有不同的位元錯(cuò)誤效能，而且如果拿掉頻道編碼功能（使用33.6 kbps RMC）的話，相對(duì)于cell功率的位元錯(cuò)誤效能會(huì)逐漸地提高。不過，若加入頻道編碼功能的時(shí)候（使用12.2 kbps的RMC），在達(dá)到關(guān)鍵點(diǎn)之后，BER效能會(huì)突然出現(xiàn)大幅度的改善，這是因?yàn)槌^這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，大部分的錯(cuò)誤都可以被頻道解碼器修正回來。

圖5：使用12.2 kbps和33.6 kbps的RMC進(jìn)行BER量測(cè)所得到的典型結(jié)果。

圖6：使用33.6 kbps的RMC，量測(cè)BER相對(duì)于cell功率的結(jié)果。

圖7：使用12.2 kbps的RMC，量測(cè)BER相對(duì)于cell功率的結(jié)果。

結(jié)論

我們實(shí)做出一個(gè)33.6 kbps的參考量測(cè)頻道，讓工程師在進(jìn)行接收器測(cè)試時(shí)，可以得到更完整的UE效能全貌，特別是會(huì)受到RF特性影響的效能。我們成功地在Agilent 8960無線通訊測(cè)試儀器中實(shí)做出這個(gè)頻道，并且針對(duì)三款不同品牌的UE進(jìn)行BER量測(cè)。