TETRA移動(dòng)設(shè)備測試

對(duì)于移動(dòng)設(shè)備工程師來說，從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字系統(tǒng)將面臨哪些變化呢？

警察、消防隊(duì)員、營救人員以及其它使用移動(dòng)服務(wù)的人員面對(duì)的是快速變化的新發(fā)展：符合TETRA標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)正在引入越來越多的國家和機(jī)構(gòu)。在遷移過程中容易引起問題的地方并非僅僅是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)構(gòu)本身：過去10多年來發(fā)展出的工作流程需要改變，我們目前所熟悉的面向公共安全機(jī)構(gòu)的開放信道和移動(dòng)服務(wù)正在成為過去。移動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)商生產(chǎn)的新設(shè)備將配備到成千上萬的用戶和車輛，甚至移動(dòng)工程師的日常工作也會(huì)從根本上發(fā)生變化：由于信息的數(shù)字化傳輸，TETRA移動(dòng)設(shè)備與原來采用的模擬移動(dòng)設(shè)備有著完全不同的特性。未來，如何利用測試手段以及通過什么標(biāo)準(zhǔn)來判斷移動(dòng)設(shè)備工作是否正常？

要求

 TETRA 空中接口的定義，即所用移動(dòng)技術(shù)的描述，已在ETSI標(biāo)準(zhǔn)EN 300 392中給出。EN 300 394屬于同一系列標(biāo)準(zhǔn)，給出了新開發(fā)移動(dòng)設(shè)備和基站的復(fù)雜接收測試標(biāo)準(zhǔn)。這也意味著設(shè)備維修和測試的具體步驟也可以從這些標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出。

對(duì)模擬無線技術(shù)，只需要一個(gè)信號(hào)發(fā)生器和一臺(tái)測試接收機(jī)就可以完成移動(dòng)設(shè)備的測試。與此不同，對(duì)于TETRA技術(shù)，一臺(tái)測試設(shè)備需要仿真一個(gè)基站并啟動(dòng)移動(dòng)設(shè)備的注冊(cè)過程，這樣才能保證移動(dòng)設(shè)備與測試設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)通信。要做到這一點(diǎn)，測試設(shè)備發(fā)送的控制信道必須包含與移動(dòng)設(shè)備完全一樣的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（MCC 和 MNC，國家識(shí)別碼和網(wǎng)絡(luò)識(shí)別碼）。此外，測試儀還必須采用移動(dòng)設(shè)備用于主控制信道（MCCH）和業(yè)務(wù)信道（TCH）的頻率。在許多歐洲國家，分配了兩個(gè)頻段（每個(gè)400個(gè)信道）給數(shù)字集群通信：380至400 MHz用于公共安全網(wǎng)絡(luò)，410 至 430 MHz用于專用無線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)頻段有10 MHz雙工空間，并且多數(shù)采用12.5 kHz信道偏移。對(duì)于全面的測試，必須在信道的上頻帶和下頻帶極限以及頻段的中間各進(jìn)行一次測試。

如果測試設(shè)備的這些參數(shù)設(shè)置正確并且網(wǎng)絡(luò)模擬也啟動(dòng)，那么移動(dòng)設(shè)備就會(huì)在一個(gè)短時(shí)隙內(nèi)注冊(cè)到測試設(shè)備。此時(shí)，移動(dòng)設(shè)備也傳送一些重要的信息，例如設(shè)備類別和支持的功能，如激活的加密方式以及最大傳輸性能。移動(dòng)設(shè)備中活動(dòng)的呼叫組也注冊(cè)到網(wǎng)絡(luò)（此時(shí)就是測試設(shè)備）或顯示出來。這一信息可以做為設(shè)備測試的初始結(jié)果，因?yàn)檫@些呼叫組也構(gòu)成設(shè)備尋址的重要部分：如果移動(dòng)生產(chǎn)廠中對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程時(shí)遺忘了一個(gè)組，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備會(huì)響應(yīng)獨(dú)立呼叫，但卻不會(huì)響應(yīng)組呼，而在使用中這是不允許發(fā)生的。因此，需要通過測試呼叫檢查是否所有相關(guān)組都在設(shè)備中正確設(shè)置。任何情況下，這一測試呼叫都會(huì)啟動(dòng)技術(shù)參數(shù)的測試，從而確保移動(dòng)設(shè)備的連續(xù)傳輸。

圖 1：TETRA 移動(dòng)設(shè)備測試站

發(fā)射器測試

如果建立的是雙工呼叫，移動(dòng)設(shè)備會(huì)立即進(jìn)行發(fā)送模式；對(duì)于單工呼叫，還需要一個(gè)按下通話（push-to-talk）的按鈕，這樣發(fā)射器消息的測試結(jié)果就會(huì)顯示出來。乍看起來，發(fā)射性能的測試與模擬無線技術(shù)類似，然而：由于TETRA技術(shù)采用了TDMA（時(shí)分多址），有四個(gè)時(shí)隙，因此移動(dòng)設(shè)備并非連續(xù)發(fā)射，在長56.67 ms的TDMA幀中只使用了其中的14.167 ms。發(fā)射性能的測試必須在這一活動(dòng)時(shí)隙完成。技術(shù)上這沒有什么問題，GSM技術(shù)甚至在15年前就已經(jīng)采用甚至比這更短的時(shí)隙了。然而，還必須在不過載或欠載的條件下，對(duì)TETRA移動(dòng)設(shè)備發(fā)射器在規(guī)定時(shí)間間隔里上升所需要的輸出電平或從這一電平下降時(shí)的情況進(jìn)行測試。通常采用功率/時(shí)間模擬測量來完成這一測試，其中在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)測量發(fā)射器開關(guān)相對(duì)于容差限值的表現(xiàn)，并以圖形方式顯示出來。容差的數(shù)值在EN 300 392 6.4.5部分給出來。如果不能夠滿足其中的容差要求，那么移動(dòng)設(shè)備有問題了。在指定的時(shí)隙以外（非活動(dòng)發(fā)射狀態(tài)），發(fā)射輸出必須低于規(guī)定的最小值，相對(duì)于載波最大–70 dBc或絕對(duì)最大值 –36 dBm才行。

為補(bǔ)償無線信號(hào)傳輸時(shí)間，整個(gè)猝發(fā)包的發(fā)射時(shí)間會(huì)稍微提前或延遲，以保證信號(hào)在準(zhǔn)確的時(shí)間到達(dá)基站。如果稱為幀對(duì)齊的這一技術(shù)工作不正常，那么移動(dòng)設(shè)備發(fā)射時(shí)段可能會(huì)落在相鄰時(shí)隙，從而干擾其它用戶的通信。相關(guān)參數(shù)可利用測試技術(shù)確定并以符號(hào)周期為單位顯示出來。

發(fā)射性能可以根據(jù)設(shè)定的步驟來設(shè)定。發(fā)射性能由TRTRA無線設(shè)備控制，是依賴于接收電平（開環(huán)功率控制）的功率控制流程的一部分。測試儀應(yīng)當(dāng)根據(jù)信號(hào)電平自動(dòng)確定TETRA 移動(dòng)設(shè)備的性能級(jí)別。

載波的頻率誤差對(duì)于TETRA信號(hào)來說比模擬傳輸時(shí)更為關(guān)鍵。對(duì)模擬載波來說，頻率不正確大多數(shù)情況“只是”導(dǎo)致信號(hào)失真，而對(duì)于數(shù)字TETRA信號(hào)，超過100 Hz 的頻率偏差會(huì)導(dǎo)致信號(hào)無法正確接收，或者連接無法建立。TETRA移動(dòng)設(shè)備都具有自動(dòng)頻率校正（AFC）功能，然而，這一功能主要是修正移動(dòng)設(shè)備發(fā)射器的中心頻率與基站一致，大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備中這一功能僅能支持最多1 KHz的偏移。由于AFC扮演著如此重要的角色，因此測試必須覆蓋這一功能。

調(diào)制測試

調(diào)制質(zhì)量測試未來也將變得相當(dāng)復(fù)雜。在模擬無線公共安全系統(tǒng)中，一個(gè)重要的指標(biāo)是頻率偏差，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的話會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真或幅度過小。對(duì)于TETRA技術(shù)所采用的 π/4-DQPSK調(diào)制方式，話音并非利用頻率偏差連續(xù)傳輸?shù)�，而以�?shù)字化以后以位序列編碼的形式傳輸。TETRA信號(hào)載波是分級(jí)相位調(diào)制的，一個(gè)調(diào)制級(jí)（“符號(hào)”）傳送兩位數(shù)據(jù)。表1給出了允許的相位變化，圖2則顯示出代表相位模式的星圖，即信息如何通過DQPSK在笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)中傳輸?shù)姆椒�。兩個(gè)軸都標(biāo)出了復(fù)雜度，向量的方向表示相位，長度則代表傳輸性能。即使粗略一看，這一圖像也顯示出許多有關(guān)調(diào)制質(zhì)量的內(nèi)容。這里，典型的問題包括圓形結(jié)構(gòu)的“成形”，這樣眼圖開關(guān)顯得更像蛋形（圖3），或者電路上調(diào)制向量的某個(gè)判斷點(diǎn)被擦除（圖4）。因此名義偏差本身構(gòu)成一個(gè)（誤差）向量（圖5），其幅度即是調(diào)制質(zhì)量的實(shí)際數(shù)值測量值，稱為誤差向量幅度（error vector magnitude）。在任何情況下，相位圖都不應(yīng)當(dāng)經(jīng)過星座圖的原點(diǎn)。因?yàn)檫@意味著傳輸功率返回到零，對(duì)于這種調(diào)制方式這是不可能的，實(shí)際上這也是這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一。圓的中心點(diǎn)必須保持自由，與眼圖類似。

圖 2：允許相移生成的星圖

圖 3：失真的星圖；圓變成了“蛋形”

圖 4：由于星圖抖動(dòng)導(dǎo)致的判斷點(diǎn)移動(dòng) 

 圖 5：確定誤差向量（EVM）

接收器測試

確定接收器靈敏度的測試過程也與原來模擬無線時(shí)的方法不同。在模擬情況下，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的測試信號(hào)被降低到話音傳輸所需要的最小信噪比（S/N 或 SINAD），在確定數(shù)字接收器的靈敏度閾值時(shí)通常采用位錯(cuò)率（bit error rate）。在TETRA系統(tǒng)測試時(shí)也采用信號(hào)發(fā)生器，并利用TETRA 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的位序列（T1測試信號(hào)）進(jìn)行調(diào)制，其RF電平也持續(xù)緩慢降低。與模擬無線系統(tǒng)不同的是位錯(cuò)率的增加是突然的，顯示出TETRA接收器中錯(cuò)誤校正的重要性：如果接收電平太低，解碼就不會(huì)再進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)TETRA移動(dòng)設(shè)備極度敏感，其動(dòng)態(tài)靈敏度約為–103 dBm (靜態(tài) –112 dBm)。
不幸的是并非所有移動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)商都支持標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)，這也是必須接受附加測試程序的原因：呼叫靈敏度（paging sensitivity）。此時(shí)代替位錯(cuò)率測量的方法是重復(fù)向移動(dòng)設(shè)備發(fā)送重新注冊(cè)的請(qǐng)求。移動(dòng)設(shè)備最后響應(yīng)的RF電平就做為其靈敏度閾值。該方法沒有位錯(cuò)率測試那么精確，但卻適用于所有生產(chǎn)商生產(chǎn)的設(shè)備。當(dāng)確定設(shè)備靈敏度時(shí)采用屏蔽環(huán)境會(huì)得到更高更準(zhǔn)確的靈敏度數(shù)值。為此，業(yè)界提供了小型測試箱（屏蔽盒）。為了避免環(huán)境中無線網(wǎng)絡(luò)的干擾效率，至少需要80 dB的屏蔽能力。在這些屏蔽盒中，還可以采用天線耦合器，即簡化了測試時(shí)的固定問題，也不再需要通過特殊連續(xù)提供移動(dòng)設(shè)備到測試設(shè)備間的直接連接（圖6）。

  圖 6：帶有天線耦合器的TETRA測試盒

其它變化？

TETRA移動(dòng)設(shè)備的測試在TETRA 還有進(jìn)一步的規(guī)定，如為了確定傳輸質(zhì)量進(jìn)行音調(diào)測試，以及不同測試環(huán)路下的測試。不幸的是，并非所有設(shè)備生產(chǎn)商都始終堅(jiān)持符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。評(píng)估傳輸質(zhì)量的最簡單最快速的方法是測試設(shè)備提供的話音環(huán)路。在此端到端測試中，麥克風(fēng)和話筒也得到測試。麥克風(fēng)接收到的話音經(jīng)過短暫的延遲后在移動(dòng)設(shè)備的揚(yáng)聲器發(fā)出。為保證雙向通信，自然需要首先建立一個(gè)雙向呼叫連接。

在TETRA終端測試中經(jīng)常出現(xiàn)問題的是空中接口加密與TEA 1 至 4的符合性；在此過程中用戶數(shù)據(jù)和信令加密后通過空中接口傳輸，因此如果不知道編碼和算法，測試設(shè)備就無法建立連接。此時(shí)，TETRA移動(dòng)設(shè)備只能先在非加密透明模式下測試。因此需要移動(dòng)設(shè)備能夠至少在一個(gè)信道以非加密方式工作。要解決這一問題除非在每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備測試儀中都存儲(chǔ)了所有編碼和算法，但在目前這是不可行的，同時(shí)也不符合TETRA標(biāo)準(zhǔn)的安全策略。

對(duì)于用戶數(shù)據(jù)端到端加密的設(shè)備也可以進(jìn)行測試，因?yàn)榇藭r(shí)信令是非加密傳輸?shù)�。然而，盡管很少遇到，仍然有些設(shè)備并非按照TEA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加密。

特殊情況

在維修時(shí)，特別是更換部件時(shí)，發(fā)射器和接收器經(jīng)常需要重新校準(zhǔn)。為此，TETRA移動(dòng)測試設(shè)備還可以用做精確信號(hào)發(fā)生器和分析儀，不需要移動(dòng)設(shè)備登錄，也不需要建立連接。對(duì)TETRA基站的測試也類似，當(dāng)然這些測試并無法完全代替正常網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營時(shí)的測試。在特殊服務(wù)模式，基站可以在發(fā)射和接收器完成測試前啟動(dòng)。如果移動(dòng)臺(tái)測試儀控制了反向頻率位置-扮演一臺(tái)移動(dòng)設(shè)備，即在低頻帶發(fā)射，并高頻帶接收，那么大多數(shù)測試都可以針對(duì)基站進(jìn)行。

展望

利用功能強(qiáng)大的測量測試技術(shù)，負(fù)責(zé)安全部門和商業(yè)應(yīng)用的移動(dòng)設(shè)備工程師將可快速安全地滿足新的要求。自動(dòng)測試流程可使員工自動(dòng)檢查自己的移動(dòng)設(shè)備，而用于終端編程的管理系統(tǒng)則可幫助維持網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的總體情況，即使設(shè)備數(shù)量龐大也沒有關(guān)系，可以幫助持續(xù)地正確記錄設(shè)備狀態(tài)。最終，正在成熟中的TETRA II配合OFDM技術(shù)借助著空中接口的最新革命！