WCDMA與TD-SCDMA終端射頻測試差異性分析

1、前言

　　WCDMA和TD-SCDMA都是當(dāng)今3G的主流通信標(biāo)準(zhǔn)，二者都采用3GPP指定的UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型；在無線傳輸技術(shù)方面，都可以采用智能天線、聯(lián)合檢測等技術(shù)；在未來技術(shù)的演進路線上，都采用了HSDPA（高速下行分組接入）、MIMO（多輸入多輸出）、OFDM（正交頻分復(fù)用）等技術(shù)，二者在終端一致性測試方面有很多相似的地方。而WCDMA網(wǎng)絡(luò)在國外已有商業(yè)應(yīng)用，因此本文將比較它們在終端射頻一致性測試內(nèi)容方面存在的主要差異，希望對TD-SCDMA的終端測試有所幫助。

　　WCDMA終端射頻一致性測試分析的依據(jù)是3GPP TS34.121 v6.3.0.TD-SCDMA終端射頻一致性測試分析的依據(jù)是3GPP TS 34.122 v5.2.0。其中34.122規(guī)范分為HCR（high chip rate）（3.84 Mchip/s）和LCR（10w chip rote）（1.28 Mchip/s）兩個選項。HCR體制是歐洲的UTRA TDD模式，是UTRA FDD模式的補充；LCR是我國TD-SCDMA技術(shù)體制和歐洲UTRA TDD在3GPP融合的結(jié)果。HCR和LCR在設(shè)計出發(fā)點、應(yīng)用場合、使用的技術(shù)和設(shè)備成本方面都有所不同。在目前國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，各大廠商研發(fā)的主流產(chǎn)品都是LCR，因此本文只涉及LCR和UTRA FDD的對比。這里所說的WCDMA即是指UTRA FDD模式，TD-SCDMA是指UTRA TDD LCR模式。

　　隨著技術(shù)規(guī)范文件版本的更新，不排除此分析結(jié)果發(fā)生相應(yīng)變化的可能性。

2、發(fā)射機特性測試

　　終端的發(fā)射機特性測試需要UE和系統(tǒng)模擬器連接，根據(jù)TS 34.108建立業(yè)務(wù)信道上的正常呼叫，終端還要根據(jù)TS 34.109提供邏輯測試接口，測試在環(huán)回模式下進行。

　　發(fā)射機特性在終端天線接頭處測試，終端只有內(nèi)置天線時。增益設(shè)為O dBi，對于多天線或多天線接頭時的情況還有待進一步研究。

　　以上要求對于WCDMA和TD-SCDMA是一樣的。

　　WCDMA終端發(fā)射機射頻指標(biāo)測試的主要內(nèi)容有：最大輸出功率①、支持HS-DPCCH（上行專用物理控制信道）時的最大輸出功率②、頻率誤差①、上行輸出功率動態(tài)范圍、開環(huán)功控①、內(nèi)環(huán)功控①、最小輸出功率①、輸出功率的失步處理①、發(fā)射關(guān)功率①、發(fā)射開關(guān)時間模板①、傳輸格式組合改變①、上行壓縮模式下的功率設(shè)置①、HS-DPCCH②、占用帶寬、頻譜發(fā)射模板①、支持HS-DPCCH時的頻譜發(fā)射模板②、相鄰信道泄露比①、支持HS-DPCCH時的相鄰信道泄露比②、雜散發(fā)射①、發(fā)射互調(diào)①、調(diào)制質(zhì)量/矢量幅度誤差①、支持HS-DPCCH信道時的矢量幅度誤差②、峰值碼域誤差③、相位不連續(xù)度④、PRACH（物理隨機接入信道）前置碼質(zhì)量④。

　　其中標(biāo)示“①”的指標(biāo)表示適用于所有UTRA FDD UE；標(biāo)示“②”的表示適用于R5及以后版本的支持HSDPA的所有UTRA FDD UE；標(biāo)示“③”的僅適用于多碼道條件下DPDCH（專用數(shù)據(jù)物理信道）上的測量；標(biāo)示“④”的僅適用于R5及以后版本的所有UTRA FDD UE。

　　TD-SCDMA終端發(fā)射機射頻指標(biāo)測試的主要內(nèi)容有：最大輸出功率（分單碼道和多碼道情況）①、頻率穩(wěn)定度、上行輸出功率動態(tài)范圍①、開環(huán)功控②、閉環(huán)功控②、最小輸出功率①、發(fā)射關(guān)功率①、發(fā)射開關(guān)時間模板①、輸出功率的失步處理（連續(xù)發(fā)射時）①、射頻發(fā)射頻譜、占用帶寬①、帶外發(fā)射、頻譜發(fā)射模板②、相鄰信道泄露比①、雜散發(fā)射②、發(fā)射互調(diào)、調(diào)制質(zhì)量、矢量幅度誤差①、峰值碼域誤差③。

　　其中標(biāo)示“①”的表示適用于所有UTRA TDD UE；標(biāo)示“②”的僅適用于TD-SCDMA UE；標(biāo)示“③”的僅適用于多碼道傳輸條件下的TDD UE測量。

　　從以上對比可知，WCDMA和TD-SCDMA的大部分測試指標(biāo)是相同的，但在具體的測試方法和限值要求上存在差別。從測試項目的內(nèi)容上看，二者的主要差別體現(xiàn)在：

　　●WCDMA終端和TD-SCDMA終端都有4個功率等級，相同功率等級時WCDMA終端比TD-SCDMA終端允許的輸出功率要大。

　　●測試最大輸出功率時，WCDMA對于多碼道和單碼道的限值要求是一樣的。而TD-SCDMA在多碼道測量時其限值要求是根據(jù)單碼道時的限值和多碼道上行參考測量信道計算出來的，單碼道和多碼道時的峰均比不同會降低多碼道時的最大輸出功率值。二者對測試容限值的要求是一樣的。

　　●WCDMA的終端測試指標(biāo)中相對TD-SCDMA增加了HS-DPCCH信道測量，HS-DPCCH是HSDPA為支持高速下行分組數(shù)據(jù)新引入的高速專用物理控制信道。

　　●壓縮模式下的上行功率設(shè)置和傳輸格式組合改變兩項測試指標(biāo)是WCDMA測試所特有的。

　　●閉環(huán)功率控制分為內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控，TD-SCDMA中所描述的閉環(huán)功控實際上也只是指內(nèi)環(huán)功控，因為射頻指標(biāo)的測量主要是測試物理層的性能。內(nèi)環(huán)功控是指基站根據(jù)信干比的要求來調(diào)整終端的發(fā)射功率，而外環(huán)功控是指無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）根據(jù)不同的業(yè)務(wù)速率請求來動態(tài)調(diào)整誤碼率或誤塊率目標(biāo)，進而再通知基站調(diào)整不同的信干比要求，屬于無線資源管理（RRM）的范疇。

　　●測試輸出功率的失步處理時，在TD-SCDMA中終端通過監(jiān)視DPCH（專用物理信道）的信號質(zhì)量來決定何時開啟或關(guān)閉發(fā)射機；而WCDMA中終端通過監(jiān)視DPCCH（專用物理控制信道）的信號質(zhì)量來決定何時開啟或關(guān)閉發(fā)射機。這兩個過程分別在TS 25.224和TS 25.214中有詳細描述。

　　●對于TD-SCDMA而言，專用傳輸信道（DCH）只映射到DPCH上；對于WCDMA，DCH映射為兩種物理信道：DPDCH和DPCCH。DPDCH承載高層信息，包括用戶數(shù)據(jù)；DPCCH發(fā)送物理層控制信息。DPCCH的比特率是恒定的，DPDCH的比特率是可以逐幀改變的。

　　●關(guān)于調(diào)制質(zhì)量的測試，WCDMA在R5及以后的版本中增加了相位不連續(xù)度和PRACH前置碼調(diào)制質(zhì)量兩項指標(biāo)，前者會引起過多的頻譜雜散，后者則直接影響基站能否正確解調(diào)終端重要控制信息。這兩項指標(biāo)的測試對于TD-SCDMA系統(tǒng)也應(yīng)是必要的。

　　●關(guān)于雜散發(fā)射中特殊頻段的額外要求，3GPP規(guī)范中給出的限值并不適合我國的實際頻率使用情況，應(yīng)根據(jù)我國的實際情況加以調(diào)整。特別是TD-SCDMA的終端雜散發(fā)射附加要求，至少應(yīng)考慮到我國的800 MHz的頻率使用情況。

3、接收機特性測試

　　關(guān)于接收機測試的預(yù)置條件要求和發(fā)射機測試是一致的，所不同的是這里衡量的是接收機自身的噪聲特性對接收質(zhì)量的影響。除接收機雜散發(fā)射外，接收機特性測試統(tǒng)一采用下行12.2 kbit/s的參考測量信道，在監(jiān)測數(shù)據(jù)環(huán)回的誤碼率（BER）達到特定要求的條件下，檢查外加信號的特性是否符合規(guī)范要求。如果沒有特殊說明，關(guān)閉下行功率控制。數(shù)據(jù)環(huán)回方式是TS 34.109中定義的測試狀態(tài)下特定的連接模式，在建立通話過程中通過信令控制終端進入環(huán)回，測量儀器通過環(huán)回比特計算BER。這方面的要求對于WCDMA和TD-SCDMA是一樣的。

　　WCDMA和TD-SCDMA終端接收機特性測試的指標(biāo)基本一致，都包括：參考靈敏度、最大輸入電平、鄰道選擇性、阻塞特性、雜散響應(yīng)、互調(diào)特性、雜散發(fā)射，并分別適用于所有UTRA FDD UE和所有UTRA TDD UE。不同的是WCDMA還要測試HS-PDSCH（高速物理下行共享信道）（16QAM）接收時的最大輸入電平。除了測試HS-PDSCH（16QAM）接收時的最大輸入電平和雜散發(fā)射兩項內(nèi)容外，WCDMA的其他項目都是靠測試下行DCH上的BER來衡量的。測試TD-SCDMA終端接收機特性時還需要注意以下幾點：

　　●接收機的雜散發(fā)射測試，實際上是測量接收機限制或抑制到達接收機天線接頭處的發(fā)射功率的能力，需要高精度的頻譜儀來測量，也是最難得出準(zhǔn)確結(jié)果的測試項，測量范圍是30 MHz-12.75 GHz，在一些特殊頻段有特殊的限值要求。這里同樣存在3GPP的頻帶劃分和我國實際的頻帶劃分有出入的問題，應(yīng)根據(jù)我國的實際頻率分配情況制定相應(yīng)的雜散限值要求。

　　●根據(jù)TS 34.122中測試方法的要求，接收機雜散發(fā)射測試也要根據(jù)TS 34.108第7.3.3節(jié)建立終端和系統(tǒng)模擬器之間的呼叫，而設(shè)備連接圖中只給出了頻譜分析儀和終端的連接顯然是不妥的。

4、接收機解調(diào)性能測試

　　接收機解調(diào)性能測試的目的是衡量接收機在噪聲、衰落等復(fù)雜條件下的解調(diào)質(zhì)量，衡量標(biāo)準(zhǔn)是BLER（誤塊率）而不是BER。因為下行參考測量信道分為12.2 kbit/s、64 kbit/s、144 kbit/s和384 kbit/s等4種情況，解調(diào)性能更注重于基帶數(shù)據(jù)信道的解調(diào)，與單一的低速語音信道不同的是，數(shù)據(jù)信道有差錯重傳機制，BER并不能真實地反映出接收機的解調(diào)性能，而BLER可反映出無線鏈路控制（RLC）層對差錯重傳的要求。

　　WCDMA終端解調(diào)性能的測試項目包括：靜態(tài)傳播條件下DCH的解調(diào)性能①、多徑衰落條件下DCH的解調(diào)性能①、運動傳播條件下DCH的解調(diào)性能①、生死傳播條件（birth death propagation condition）下DCH的解調(diào)性能①、下行開環(huán)分集發(fā)射下DCH的解調(diào)性能②、下行閉環(huán)分集發(fā)射下DCH的解調(diào)性能③、下行站點選擇分集發(fā)射④、軟切換條件下DCH的解調(diào)性能①、下行功率控制②、下行壓縮模式下DCH的解調(diào)性能⑤、盲傳輸格式監(jiān)測②、尋呼信道（PCH）的解調(diào)性能②、捕獲指示（AI）檢測⑥。

　　TD-SCDMA終端解調(diào)性能的測試項目包括：靜態(tài)傳播條件下DCH解調(diào)性能①、多徑衰落條件下DCH解調(diào)性能①、恒定DTCH目標(biāo)BLER時的下行功率控制⑦。

　　其中，標(biāo)示“①”的表示測試時用到多個參考測量信道，所使用UE必須支持所要求的多速率；標(biāo)示“②”的指標(biāo)表示適用于所有UTRA FDD UE；標(biāo)示“③”的表示分兩種模式測試，模式1適用于所有UTRA FDD UE，模式2僅適用于R99和R4版本的UTRA FDD UE；標(biāo)示“④”的表示僅適用于R99和R4版本的UTRA FDD UE；標(biāo)示“⑤”的表示分4個模式測試，模式1和模式2適用于所有UTRA FDD UE，模式3和模式4僅適用于R99和R4的UTRA FDD UE；標(biāo)示“⑥”的表示僅適用于R4及以后版本的UTRA FDD UE；標(biāo)示“⑦”的表示僅適用于TD-SCDMA UE。

　　解調(diào)性能的測試也是整個射頻一致性測試中相對復(fù)雜的部分，要求模擬多種無線信道傳播環(huán)境和干擾環(huán)境。對比WCDMA和TD-SCDMA的終端解調(diào)性能測試項目可以看出，不管是從測試內(nèi)容還是從測試環(huán)境要求上WCDMA終端解調(diào)性能測試都要詳細得多，主要表現(xiàn)在：

　　●多徑條件不同。TS 34.122對TD-SCDMA終端動態(tài)測試的條件只規(guī)定了3種多徑情況，而TS 34.121對WCDMA終端動態(tài)測試的條件卻規(guī)定了6種多徑信道，另外還有1種移動傳播信道和1種生死信道。

　　●在WCDMA協(xié)議中規(guī)定了6種發(fā)射分集方式，即空時分集（STTD）、時間切換分級（TSTD）、開環(huán)分集、閉環(huán)分集、軟切換分集和站點選擇分集，WCDMA終端射頻測試規(guī)范規(guī)定了大部分的分集情形下的解調(diào)性能測試要求，測試中都需要衰落模擬器和多個系統(tǒng)模擬器。而TD-SCDMA規(guī)范并沒有對其所采用的關(guān)鍵技術(shù)（如智能天線波束賦形下的接力切換等）下的解調(diào)性能做出要求。

　　●壓縮模式測量是指在進行異頻、異系統(tǒng)測量時，WCDMA終端發(fā)送無線幀時并不滿幀發(fā)送，而是采用一定措施空出一段時間，在這段空出的時間內(nèi)，解碼器切換到其他頻率或制式進行測量。TD-SCDMA是時分系統(tǒng)，不必進行壓縮模式測量。

　　●盲傳輸格式檢測是指手機接收到的傳輸塊沒有包含傳輸格式說明（transport format combination identifier，TFCI）的情況下，終端必須能正確檢測出以下9種速率數(shù)據(jù)包的傳輸格式：12.2 kbit/s*、10.2 kbit/s、7.95 kbit/s*、7.4 kbit/s、6.7 kbit/s、5.9 kbit/s、5.15 kbit/s、4.75 kbit/s、1.95 kbit/s*，其中*標(biāo)注的3種速率是TS 34.121中規(guī)定必須測試的。與其他測試項不同的是，盲檢測不但要測試BLER，還要測試盲檢測率（FDR）。測試FDR時，終端需要正確檢測出下行傳輸格式，解碼其數(shù)據(jù)并根據(jù)檢測的傳輸格式產(chǎn)生相應(yīng)的TFCI比特，手機環(huán)回數(shù)據(jù)并帶循環(huán)冗余校驗，在軟交換側(cè)測試上行TFCI錯誤的個數(shù)。盲檢測需要在靜態(tài)信道和動態(tài)信道多徑環(huán)境case3兩種情況下進行測試。接收機的AI性能測試由錯誤告警概率和正確檢測概率共同決定，測試在靜態(tài)條件下進行。盲檢測和AI性能是WCDMA終端測試所特有的。

　　●除了DCH的解調(diào)性能外，WCDMA還測試了如PCH等其他信道的解調(diào)性能，TD-SCDMA規(guī)范中也對其他信道的測量有所考慮（如BCH（廣播信道）），但并未提出明確的測試方法和測試要求。

5、關(guān)于通用測試條件

　　射頻通用測試條件是指在呼叫連接建立過程中和連接建立之后，測試系統(tǒng)所必須遵從的物理信道功率和其他參數(shù)的設(shè)置情況，是得到準(zhǔn)確測量結(jié)果的前提條件。

　　在TS 34.122中，對TD-SCDMA終端的射頻特性測試連接建立過程中涉及到的下行物理信道聲明如下：

　　●連接建立過程中涉及的下行物理信道包括：PSCH（基本同步信道）、PCCPCH（基本公共控制信道）、DPCH、PICH（尋呼指示信道）。

　　●連接建立以后發(fā)射端特性測試涉及的下行物理信道包括：DPCH、PSCH、PCCPCH、PICH、OCNS（正交信道噪聲源）。接收端特性測試涉及的下行物理信道包括：CPICH（公共導(dǎo)頻信道）、PCCPCH、SCH、PICH、DPCH。性能測試涉及的下行物理信道包括：CPICH、PCCPCH、SCH、PICH、DPCH、OCNS。

　　在TS 34.121中，對于WCDMA通用測試條件則定義得更為具體，涉及到的下行物理信道都給出了明確的功率限值，并且介紹了支持HSDPA和不支持HSDPA測試時的信道情況。

　　（1）不支持HSDPA的測試

　　連接建立過程中涉及的下行物理信道包括：?or、CPICH（CPICH_Ec/?or=-3.9 dB）、P-CCPCH（主公共控制物理信道）（P-CCPCH_Ec/?or=-8.3 dB）、SCH（SCH Ec/?or=-8.3 dB）、PICH（PICH_Ec/?or=-8.3 dB）、S-CCPCH（輔助公共控制物理信道）（S-CCPCH_Ec/?or=-5.3 dB）。

　　連接建立以后發(fā)射端特性測試涉及的下行物理信道包括：?or（-93 dBm/384 MHz）、CPICH（CPICH_Ec/DPCH_Ec=7 dB）、P-CCPCH（P-CCPCH_Ec/DPCH_Ec=5 dB）、SCH（SCH Ec/DPCH_Ec=5 dB）、PICH（PICH_Ec/DPCH_Ec=2 dB）、DPCH（-1033 dBm/384 MHz）。接收端特性測試涉及的下行物理信道包括：CPICH（CPICH_Ec/DPCH_Ec=7 dB）、P-CCPCH（P-CCPCH_Ec/DPCH_Ec=5 dB）、SCH（SCH_Ec/DPCH_Ec=5 dB）、PICH（PICH_Ec/DPCH_Ec=2 dB）、DPCH。接收機雜散發(fā)射測試的特殊要求為：CPICH（-86 dBm/384 MHz）、P-CCPCH（P-CCPCH_Ec/CPICH_Ec=-2 dB）、SCH（SCH_Ec/CPICH_Ec=-2 dB）、PICH（PICH_Ec/CPICH_Ec=-5 dB）、S-CCPCH（S-CCPCH_Ec/CPICH_Ec=-2 dB）。性能測試涉及的下行物理信道包括：P-CPICH（P-CPICH_Ec/?or=-10 dB）、S-CPICH（S-CPICH_Ec/?or=-10 dB）、P-CCPCH（P-CCPCH_Ec/?or=-12 dB）、SCH（SCH_Ec/?or=-12 dB）、PICH（PICH_Ec/?or=-15 dB）、DPCH、OCNS。

　　WCDMA測試規(guī)范中，除了上述測試要求外，還規(guī)定了對已調(diào)干擾信號相關(guān)物理信道的時間偏置和相對電平的設(shè)置、開閉環(huán)分集發(fā)射模式下的物理信道功率的設(shè)置及OCNS信號的DPCH信道化碼和相對電平的設(shè)置等，測試條件的描述相對都比較清楚。

　?。?）支持HSDPA的測試

　　支持HSDPA測試時同樣也包括呼叫建立過程和之后的各種物理信道電平設(shè)置，只是增加了某些專用HSDPA信道，而且說明了各自的測試適用條目。

　　除此之外，TS 34.121還給出了測試過程中支持HSDPA和不支持HSDPA兩種情況下的下行物理信道的擴頻碼配置參考方案。

　　從以上對比可以看出，關(guān)于通用測試條件的描述，WCDMA要比TD-SCDMA清楚得多，這會影響TD-SCDMA射頻測試的規(guī)范性和一致性。

6、關(guān)于測試不確定度和測試容限

　　由于測量誤差的不可避免和設(shè)備不確定度的限制，以及電壓、溫度等環(huán)境因素的影響，所以必須測試不確定度，測試不確定度是測量結(jié)果的重要組成部分。對測試不確定度的要求一般分為設(shè)備不確定度和系統(tǒng)不確定度，設(shè)備不確定度是用來規(guī)范構(gòu)成測試設(shè)備的某些元器件的關(guān)鍵參數(shù)，而系統(tǒng)不確定度表示整個測試系統(tǒng)所產(chǎn)生的結(jié)果相對真值的分散程度。

　　由于測試不確定度的存在，導(dǎo)致了測試結(jié)果不可能完全和真值相同，這就產(chǎn)生了測試容限（TT）的概念，TT實際上降低了對測試結(jié)果的要求。影響測試的因素間的關(guān)系如圖1所示。

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　　表1、表2是TS 34.121、TS 34.122規(guī)范對WCDMA和TD-SCDMA關(guān)于不確定度和TT方面的要求?！啊铩北硎疽笸耆鞔_或只有極個別項不明確；“☆”表示只有部分要求明確；“О”表示要求完全不明確。

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　　從以上對比可以看出，在對測試不確定度和測試容限的要求方面，兩個規(guī)范有比較大的差別，TD-SCDMA規(guī)范應(yīng)加快更新的步伐。測試不確定度是建立認(rèn)證級測試系統(tǒng)所必須明確的問題，直接關(guān)系到測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與權(quán)威性。

7、結(jié)束語

　　由于3G系統(tǒng)在中國的大規(guī)模商用已經(jīng)指日可待，而WCDMA和TD-SCDMA無疑將會在未來的網(wǎng)絡(luò)中占有舉足輕重的地位，深入研究二者在技術(shù)細節(jié)和生產(chǎn)、測試等環(huán)節(jié)的差別和聯(lián)系，將會起到相互借鑒、取長補短的作用。WCDMA在產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)、商用實踐和產(chǎn)業(yè)鏈方面都相對成熟，通過以上對兩大體制在終端射頻一致性測試方面的對比分析發(fā)現(xiàn)，在3GPP的TD-SCDMA技術(shù)規(guī)范中還有許多細節(jié)亟待完善，當(dāng)然3GPP的技術(shù)規(guī)范只是其成員組織認(rèn)可的技術(shù)性文件，要想成為國家或地區(qū)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還有許多工作要做，希望通過類似的對比分析發(fā)現(xiàn)彼此的差距和問題，以便在制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時候能夠盡可能地解決這些問題，同時也促進產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的相關(guān)企業(yè)加大研發(fā)力度，盡早實現(xiàn)我國移動通信產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化。



----《電信科學(xué)》