Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тестирование радиооборудования систем связи. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство связи
Ордена Трудового Красного Знамени
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
Кафедра радиооборудования и схемотехники (РОС)
ТЕСТИРОВАНИЕ РАДИООБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ
СВЯЗИ
Для студентов очной формы обучения
(Направления подготовки: 11.04.02 − Инфокоммуникационные
технологии и системы связи; 11.03.01 Радиотехника; 11.03.02 -
Инфокоммуникационные технологии и системы связи)
Москва 2016
С.И. Дингес.
Тестирование радиооборудования систем связи. Учебное пособие/
МТУСИ. -М., 2016. -48 с.
Составитель С.И. Дингес
Утверждено на заседании кафедры 15.04.14
Обновлено на заседании кафедры 30.08.16
Рецензенты:
Р.Ю. Иванюшкин, к.т.н., доцент каф РПдУ
А.Н. Фадеев, Генеральный директор Испытательного центра
«МирТелеТест» (ЗАО ИЦ МТТ)
2
Оглавление
Введение ......................................................................................................... 4
1. Радиоинтерфейсы систем мобильной связи ........................................... 4
1.1. Терминология ...................................................................................... 4
1.2. Краткие сведения об основных стандартах связи ........................... 6
2. Тестирование РЧ трактов ......................................................................... 9
2.1. Тракты приема и передачи ................................................................. 9
2.2 Нормативная база ............................................................................... 14
2.3. Иерархия процедур тестирования ................................................... 16
2.4. Условия проведения тестирования радиооборудования .............. 18
2.5. Этапы тестирования РЧ оборудования и систем. Типы
тестирования. ...................................................................................................... 19
3.Тестирование системно-сетевых решений ......................................... 24
3.1. Тестирование телекоммуникационных протоколов ..................... 25
3.2. Тестирование систем связи .............................................................. 26
3.2.1. Измерения зоны покрытия радиосистем. Картографирование . 28
4. Контрольно-измерительное оборудование, применяемое при
тестировании .......................................................................................................... 34
4.1. Классификация КИО ........................................................................ 34
4.2. Комплексное многофункциональное оборудование ..................... 39
5.Анализ программного обеспечения, используемого при тестировании
радиооборудования ............................................................................................... 41
5.1. ПО компаний Rohde&Schwarz и Keysight Technologies (Agilent) 41
Аппаратно-программный комплекс «Вектор» ..................................... 43
Литература ................................................................................................... 47
3
Введение
В настоящее время на рынке связи резко возрос объем работ по
тестированию РО и систем различного назначения. Это связано с рядом
обстоятельств.
Во-первых, схемотехническая и функциональная сложность РО в
последние годы резко возросла, что повлекло за собой увеличение
количества процедур тестирования и их усложнение.
Во-вторых, процедуры тестирования РО и систем стали жестко
регламентироваться большим количеством нормативных документов.
И, наконец, РО различного назначения должно быть не просто
работоспособно, но и обладать наилучшими, зачастую уникальными,
параметрами, для получения и контроля которых необходимо производить
тестирование с использованием трудоемких процедур и сложных тестовых
сигналов.
К настоящему моменту на рынке предлагается большое число
контрольно-измерительного оборудования новых поколений. Ознакомиться с
такими универсальными многофункциональными приборами и комплексами
на протяжении всего процесса обучения студенты возможности не имеют,
ввиду отсутствия их в лабораториях вуза, прежде всего из-за дороговизны
таких приборов. Следует также отметить, что к настоящему моменту
практически нет учебной литературы, в которой систематически была бы
изложена актуальная информация, относящаяся к процедурам тестирования
современного РО.
Данное учебное пособие имеет целью ликвидировать указанные
информационные пробелы, а в силу названных причин тема данной
квалификационной работы является весьма актуальной.
1. Радиоинтерфейсы систем мобильной связи
1.1. Терминология
Прежде чем начать знакомство с содержимым методического пособия,
читателю предлагается ознакомиться с тремя основными терминами:
измерение, тестирование и мониторинг. Все три понятия широко
используются как в повседневном общении специалистов, так и в
нормативных документах. Но в их использовании существует
неопределенность: и в русскоязычной, и в англоязычной литературе для
обозначения одних и тех же процедур зачастую используются разные
термины. Например, “мониторинг канала” и “тестирование канала” зачастую
обозначают одни и те же процессы.
Далее будем придерживаться следующего порядка использования
терминов:
4
Измерение – процесс получения количественной оценки необходимого
параметра объекта с помощью измерительного прибора или блока
измерения.
Тестирование – процесс получения характеристик устройства,
позволяющий определить в конечном итоге, насколько качественно
работает устройство, блок или система в целом. Существенным
отличительным признаком процесса тестирования является использование
тестовых сигналов, подаваемых на вход тестируемого устройства.
Мониторинг – происходящая постоянно или периодически процедура
обнаружения в системе или ее трактах сигналов или процессов, и
получения необходимой совокупности их оценок. Мониторинг
осуществляется для наблюдения, контроля или анализа, для проверки или
регулировки технического качества объектов. Он производится для
измерения или проверки чего бы то ни было с интервалами, особенно при
выполнении процедур регулировки или управления.
На рисунке 1.1 приведен наглядный пример выполнения тестирования,
измерения и мониторинга радиосистемы.
Радиосистема
Мониторинг
Тестовый
сигнал
Тестирование
Рисунок 1.1 – Измерение, тестирование и мониторинг в системе
Измерение
В системах связи рассмотренные процедуры, являясь стандартными,
могут выполняться постоянно и автоматически, обеспечивая нормальное
функционирование системы в целом или отдельных ее компонентов. Эти
Измеряемая
величина
Набор
данных
5
процедуры могут производиться специалистами при необходимости на
различных этапах жизни оборудования и системы в целом – от разработки
узлов до оптимизации сети.
С учетом вышеизложенного, корректным является, например,
следующее суждение: «В процессе работы устройство постоянно
осуществляет мониторинг доступных радиоканалов, производя в них
измерение отношений сигнал-помеха и сигнал шум. Для получения
корректных и сопоставимых результатов устройство должно при каждом
подключении к системе автоматически тестироваться с использованием
стандартных моделей сигналов».
1.2. Краткие сведения об основных стандартах связи
Компоненты сети подвижной связи соединены между собой с
помощью стандартизированных интерфейсов.
В системах связи под интерфейсом понимают общую границу между
двумя взаимодействующими системами или компонентами системы [GSM
01.04, ITU-T I.112, 21.905].
Интерфейсы систем связи описываются соответствующими
стандартами на системы связи. Стандартизация интерфейсов в системах
связи позволяет осуществлять нормальное взаимодействие между
компонентами систем связи, поставляемых различными фирмамипроизводителями. Мобильные станции и подсистема базовых станций
взаимодействуют через интерфейс, обозначаемый обычно Um, известный
как эфирный интерфейс или радиоинтерфейс (Radio interface). В
соответствующих стандартах детально описываются параметры
используемых в системе связи радиосигналов, характеристики и основы
функционирования приемников и передатчиков, необходимых для
формирования обработки этих сигналов.
Основные характеристики и параметры радиоинтерфейса и
приемопередатчиков GSM, можно найти в следующих стандартах ETSI и
ANSI:
• GSM 05.05/ETS 300- 577. GSM and DCS1800 Radio transmission and
reception.
• GSM 11.10/ETS 300-607. GSM and DCS1800 Mobile Station (MS)
conformance specification. Part 1: Conformance specification.
• GSM 11.21/ETS 300-609. Base Station System (BSS) equipment specification.
Part 1: Radio aspects.
• ANSI J-STD-007. PCS1900. Air Interface Specifications.
• GSM 05.05. European Standard (Telecommunications series). Digital cellular
telecommunications system (Phase 2+); Radio transmission and reception
То, как организованы каналы в системе GSM, можно пояснить с
помощью таблицы 1.1 [1].
Таблица 1.1 – Данные о частотных диапазонах различных систем GSM
6
Система Частотный
диапазон
Количество РЧ
каналов
Применение
(вверх / вниз), МГц
GSM900 890 - 915 / 935 -960 124 Глобально, кроме
США
E-GSM 880 - 915 / 925 - 960 174 Глобально, кроме
США
GSM1800 1710 - 1785 / 1805 -
1880
GSM1900 1850 - 1910 / 1930 -
374 Глобально, кроме
США
- США
1990
R-GSM 876 - 880 / 921 - 925 19 Железные дороги
GSM450 450,4 – 457,6 / 460,4
- -
– 467,6
GSM 480 478,8 – 486 / 488,8 –
- -
496
Связь между подвижным абонентским устройством или мобильной
станцией MS и базовой станцией BTS обеспечивается физическим каналом
(physical channel) и несколькими логическими каналами (logical
channel). Физический канал определяется частотой и временем. В базовом
стандарте GSM используются следующие основные полосы частот:
• линия вверх (MS - BTS) – 890 - 915 МГц;
• линия вниз (BTS - MS) – 935 - 960 МГц.
На этих частотах в сетях GSM организуется 124 частотных канала с
канальным разносом 200 кГц и дуплексным разносом 45 МГц. В настоящее
время системы стандарта GSM функционируют также в других частотных
диапазонах [1].
Номиналы несущих частот в стандартах GSM могут быть определены с
помощью абсолютного номера РЧ канала ARFCN (Absolute Radio Frequency
Channel Number). Значения ARFCN для несущих частот в нижней полосе
частот, обозначаемые Fl(n), и соответствующие значения в верхней полосе
частот Fu(n) приведены в таблице 1.2 [1].
Таблица 1.2 – Организация каналов в различных системах GSM
Система Нижняя полоса
(Канал связи вверх)
Верхняя полоса
(Канал связи
Номер канала n
(ARFCN)
вниз)
GSM 900 Fl(n) = 890 + 0,2*n Fu(n) = Fl(n) +
1 ≤ n ≤ 124
45
E-GSM 900 Fl(n) = 890 + 0,2*n Fu(n) = Fl(n) +
0 ≤ n ≤ 124
45
Fl(n) = 890 + 0,2*(n-
975 ≤ n ≤ 1023
1024)
7
R-GSM 900 Fl(n) = 890 + 0,2*n Fu(n) = Fl(n) +
0 ≤ n ≤ 124
45
Fl(n) = 890 + 0,2*(n-
955 ≤ n ≤ 1023
1024)
GSM 1800 Fl(n) = 1710,2 + 0,2*(n-
512)
GSM 1900 FI(n) = 1850,2 + 0,2*(n-
512)
GSM 450 Fl(n) = 450,6 + 0,2*(n-
259)
GSM 480 Fl(n) = 479 + 0,2*(n-
306)
Fu(n) = Fl(n) +
95
Fu(n) = FI(n) +
80
Fu(n) = Fl(n) +
10
Fu(n) = Fl(n) +
10
512 ≤ n ≤ 885
512 ≤ n ≤ 810
259 ≤ n ≤ 293
306 ≤ n ≤ 340
Максимальная выходная мощность для мобильных станций различных
классов устройств определена в таблице 1.3 [1].
Таблица 1.3 – Максимальная выходная мощность мобильных станций для
различных систем
Класс
мощности
GSM 400 / GSM
900
GSM 1800 GSM 1900 Допустимое
отклонение,
дБ
1 20 Вт 1 Вт (30 дБм) 1 Вт (30 дБм) ±2
2 8 Вт (39 дБм) 0.25 Вт (24
дБм)
0.25 Вт (24
дБм)
±2
3 5 Вт (37 дБм) 4 Вт (36 дБм) 2 Вт (33 дБм) ±2
4 2 Вт (33 дБм) - - ±2
5 0.8 Вт (29 дБм) - - ±2
Нормативными документами МСЭ (Международного союза
электросвязи) в странах Европы и Азии для систем связи третьего поколения
определяется связь в режиме частотного разделения каналов в различных
полосах частот. Основные характеристики радиоинтерфейса UMTS
рассмотрены в таблицах 1.4 и 1.5 [2, 3]:
Таблица 1.4 – Данные о частотных диапазонах системы UMTS (WCDMA)
Диап
азоны
частот
Частотный диапазон передачи
Канал связи вверх / Вниз, МГц
Дуплекс
ный сдвиг Tx-
Rx, МГц
I 1920 – 1980 / 2110 –2170 190
II 1850 –1910 / 1930 –1990 80
III 1710-1785 / 1805-1880 95
IV 1710-1755 / 2110-2155 400
V 824 – 849 / 869-894 45
VI 830-840 / 875-885 45
8
VII 2500 - 2570 / 2620 - 2690 120
VIII 880 - 915 / 925 - 960 45
IX 1749,9 – 1784,9 / 1844,9 – 1879,9 95
Таблица 1.5 – Сравнение режимов WCDMA и TD-CDMA
FDD TDD
Разнос каналов 5 МГц 5 МГц (10 МГц)
Модуляция, тип
используемого
фильтра
UL: HPSK, 1 бит/символ фильтр
RRC, a = 0,22.
DL: QPSK и 16QAM, фильтр
UL: QPSK
DL: QPSK, 16QAM
Фильтр RRC (a=0,22)
RRC, a = 0,22.
Технология
CDMA TDMA/CDMA
множественного
доступа
Метод передачи
данных
Коммутация каналов и
коммутация пакетов
Коммутация пакетов
Чиповая скорость 3,84 Мчип/с 3,84 Мчип/c (7,68
Мчип/с)
Пользовательская
скорость
передачи данных
Кодирование
речи
384 кбит/с (Single code);
до 2 Мбит/с при использовании
метода с несколькими кодами
Адаптивное с переменной
скоростью AMR
До 3 Мбит/с
Адаптивное с
переменной
скоростью AMR
Основные услуги Передача речи для абонентов с
Передача данных
высокой подвижностью, SMS,
передача данных,
мультимедийные услуги.
Коммерческое
использование
С 2001 - Япония (технология
FOMA);
С 2003 года
С 2004 – Европа (UMTS, UTRA
FDD).
2. Тестирование РЧ трактов
2.1. Тракты приема и передачи
Тестирование – это один из способов контроля качества, включающий
в себя процедуры по организации работ (Test Management), проектированию
тестов (Test Design), выполнению тестирования (Test Execution) и анализу
полученных результатов (Test Analysis).
9
В общем виде тестирование и измерение в сетях связи являются
необходимыми элементами эксплуатации сетей и радиоподсистем.
Измерение определяет параметры эксплуатационной
характеристики, и осуществляется либо по запросу, либо непрерывно через
специальное мониторинговое оборудование.
Тестирование добавляет к этому процессу измерений сравнение
измеряемых параметров с нормативными значениями с последующим
приемом/отказом: accept/reject thresholds или Pass/Fail – годен/негоден.
Важнейшим этапом в тестировании радиооборудования является
тестирование РЧ трактов: приема и передачи. Обычно конкретизированные
требования, предъявляемые к основным параметрам приемопередатчиков,
находятся в соответствующих нормативных документах.
В частности, стандарт 3GPP TS 36.521-1 [V12.8.0 User Equipment
conformance specification] устанавливает основные характеристики,
подлежащие обязательной проверке при тестировании абонентского
оборудования стандарта LTE (таблица 2.1 и таблица 2.2). Вдобавок можно
привести таблицу 2.3 [4], в которой согласно технической спецификации
3GPP TS 25.142 [V3.4.0 Base Station conformance testing] отображены
основные параметры передатчиков базовых станций стандарта UMTS.
Таблица 2.1 – Основные РЧ параметры тракта приема абонентского
оборудования стандарта LTE, подлежащие тестированию
Параметр Раздел 3GPP TS
36.521-1
Эталонный уровень
Reference sensitivity level 7.3
чувствительности
Максимальный уровень
Maximum input level 7.4
входного сигнала
Избирательность по
соседнему каналу
Характеристики
Adjacent Channel Selectivity
7.5
(ACS)
Blocking characteristics 7.6
блокирования
Каналы побочного приема Spurious response 7.7
Характеристики
Intermodulation characteristics 7.8
интермодуляции
Таблица 2.2 – Основные РЧ параметры тракта передачи абонентского
оборудования стандарта LTE
Параметр Раздел 3GPP TS
36.521-1
Максимальная выходная
UE Maximum Output Power 6.2.2
мощность АО
Снижение максимальной Maximum Power Reduction, 6.2.3
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]