CDMA2000 1X数据业务无线网络性能测试

蔡伟　胡旭明　林日光
　　摘要：中国联通CDMA2000 1X无线数据传输已在全国范围内展开，无线网络性能是用户也是运营商关心的问题。无线网络性能测试包括CQT和DT两个方面。CQT包括呼叫建立测试、休眠重激活测试、传输时延测试等。DT主要测试用户吞吐量、FER、SCH速率分布、手机发射功率等。

　　关键词：CDMA2000 1X 无线网络 性能测试

1.引言

　　当今的社会是信息的社会，数据业务需求增长强劲。移动数据通信作为移动通信与数据通信的结合点，是对移动通信与数据通信的补充，有着广阔的市场与发展前景。对于移动通信运营商而言，则意味着无限的商机。综观当前的通信业务，数据业务的增长速度高于话音业务的增长。据预测，2005年移动数据业务将占到无线业务量的70%，而我国在大体相同的时间，移动数据业务也将占到无线业务总量的40%以上。随着中国移动的GPRS、中国联通的CDMA以及第三代移动通信系统的逐步商用，移动数据业务有望与固定数据业务相媲美。2003年3月28日，中国联通在全国31个省会城市推出CDMA2000 1X无线数据增值业务。这意味着联通将以酝酿已久的无线数据业务与移动全面交锋。CDMA2000 1X网络的性能如何是运营商也是用户关心的问题。其中，空中接口部分是制约数据网络性能的“瓶颈”，因此必须加强对CDMA2000 1X无线网络性能的测试。

2.CDMA2000 1X数据业务

　　CDMA2000 1X的空中信道支持的调制方式在兼容IS-95的基础上进行了极大的增强，其中：(1)采用了前向快速功控，提高了前向信道的容量；(2)提供反向导频信道，使反向相干解调成为可能；(3)业务信道可采用比卷积码更高效的Turbo码，进一步提高了容量；(4)引入了快速寻呼信道，减少了移动台功耗，提高了移动台的待机时间 ；(5)可采用发射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力。仿真与现场测试结果表明，CDMA2000 1X系统的话音业务容量是 IS-95系统的２倍。从传输速率来看，IS-95标准的速率集（RC1,RC2）是CDMA2000 1X速率集的一个子集。同时，CDMA2000 1X提供增强速率集：前向 RC3-RC9，反向 RC3-RC6，对于不同的环境可以采用不同的高速空中信道速率进行数据传送，而满足了第三代移动通信高速分组数据业务的要求 。

　　为了在CDMA2000 1X网络中开展数据业务，美国高通公司提出了无线链路协议(RLP)。RLP的目的是在CDMA业务信道中提供类似于有线网络可靠性的数据传输。从RLP的上层PPP层来看，传输有着差错率很小的高可靠性。

　　在CDMA2000的数据业务中，增加了二个重要的网络设备：包控制功能（PCF） 和分组数据服务节点（PDSN）。PCF一般与BSC在一起。PCF的功能主要是在BSC和PDSN提供PPP帧的传输，它是RLP连接的终止点。PDSN是PPP连接的终止点，提供IP数据包的路由。

　　在CDMA2000中，前向业务信道有基本信道（FCH）、辅助信道（SCH）和专用控制信道(DCCH)，联通现在没有使用DCCH。按照标准，最多可以同时分配两个SCH，但现今的芯片只支持一个SCH。联通现网中，SCH最多支持153.6kbps的传输速率，加上FCH 9.6kbps 的传输速率，理论上，最多达到163.2kbps的传输速率。

　　CDMA中数据传输有两种模型：中继模型(Relay Model)和网络模型(Network Model)，现在使用的多的是中继模型。

3. 数据业务无线网络性能测试

3.1 测试方法

　　测试采用中继模型，将CDMA手机与笔记本电脑终端通过RS232串行口连接。在电脑上启动应用程序和测试软件。使用命令“Ping”或者上传下载数据来测试网络性能。根据测试软件的统计获得网络性能的指标。

3.2 CQT(Call Quality Test)

　　CQT原意是指拨打质量测试，我们在这里是指在固定的地点测试无线数据网络性能。CQT必须首先记录地理位置、蜂窝小区号、PN码，接收电平，Ec/Io。CDMA2000 1X CQT包括以下几个方面：

3.2.1呼叫建立测试

　　呼叫建立测试包括成功率和时延两个方面的测试。在这里我们沿用“呼叫”这个语音业务中的词语，实际上是指数据业务（Data Call）。呼叫建立成功率和时延能够切实影响用户使用网络时的感受，也是评价网络性能的一个重要指标。呼叫建立成功率的计算公式为：

呼叫建立成功率＝成功建立呼叫的次数/尝试建立呼叫的次数

　　呼叫建立时延主要由二部分组成：空中接口建立时延和PPP建立时延。空中接口建立时延在信令上是指从Origination Message 到Service Connect Completion Message之间的时间开销(约３秒)。PPP建立时延在信令上是指从LCP Configuration Request到 IPCP Configure ACK之间的时间开销(约５秒)。

　　呼叫建立成功率低意味用户需要多次才能连上网络，建立时延长意味着用户必须等待较长的时间，这些都是运营商需要优化的方面。

3.2.2休眠模式(Dormant Mode)重激活测试

　　在数据传输中，如果用户较长一段时间不传输数据，则移动台会从激活模式进入休眠模式。如果此时用户又要开始传输数据，则移动台必须从休眠模式重新进入激活模式。如果重激活的时间很短，用户就感觉可以随时随地的传输数据，好象永远在线一样。因此有必要测量从休眠模式到激活模式所需的时间开销。

　　重激活有两种情况，一种由网络侧发起，另一种由移动台侧发起，都可以在移动台处于休眠模式下使用“Ping”命令进行测试。由网络侧发起的重激活，可以通过其它终端Ping移动台的IP地址，在信令上计算从General Page Message到Service Connect Completion Message的时间开销。由移动台发起的重激活，可以通过该移动台Ping某网络侧的IP地址，在信令上计算从Origination Message到Service Connect Completion Message的时间开销。

3.2.3传输时延测试

　　传输时延测试是测量终端设备与无线网络出口路由器之间的数据传输的环回时间(Round Trip Time)。方法是在终端设备上使用命令”Ping”出口路由器。测量时可以采用不同大小的段(Segment)，以期能获得更为可靠的结果。

3.2.4 用户吞吐量（即传输速率）

　　用户吞吐量（即传输速率）是网络性能的重要指标，它可以在各个不同的协议层上测试，例如：物理层、RLP层、应用层。从下层到上层，速率逐渐降低，这是由于各层添加新的包头增加了额外开销。对于不同的协议层，我们可以绘制吞吐量随时间或者地理位置变化的图形。经过实测可以看到，CDMA2000 1X在应用层上的速率最高可以达到130kbps，这比实测的GPRS的速率要高许多。

3.3 DT(Drive Test)

　　DT也就是覆盖测试，是通过驱车沿一定道路行驶时测量无线网络性能的一种方法。在DT中我们模拟实际用户，不断的上传或者下载不同大小的文件，通过测试软件的统计分析，获得网络性能的一些指标。

下面是几个主要的测试内容：

3.3.1 用户吞吐量（即传输速率）

　　DT中的用户吞吐量测试与CQT中的测试有一定的区别。在DT中，由于移动台不断的移动，在小区边界要发生切换，增加了信令开销，而且SCH一般都不能够软切换，另外电磁波的传播也受到移动速度的影响，因此一般来说，DT中的吞吐量要比CQT中的小。

3.3.1 SCH速率分布

　　由于数据传输的要求，基站会给移动台分配SCH，在分配的同时，指配SCH的传输速率。联通现阶段有1x(9.6kbps)，2x(16.2kbps)，4x(38.4kbps)，8x(76.8kbps)，16x(153.6kbps)这几种速率。在DT中，我们统计各种速率（1x，2x，4x，8x，16x）的SCH所占的比例，然后可以绘制饼状图、柱状图或者地理图。

3.3.2 误帧率(FER)

　　误帧率包括基本信道误帧率（FER_FCH）和辅助信道误帧率（FER_SCH）。误帧率高说明无线信道质量不好，需要调整相应参数，使误帧率小于一定的数值。同时可以看到，对于FCH和SCH的不同速率，FER是不同的。

3.3.3 前向链路SCH分配时长（Forward Link SCH Burst Duration）

　　前向链路SCH分配时长，是指多个用户在使用同一个SCH信道时，每次分配给每个用户的使用时间。联通现网一般定为16帧（320ms）或者32帧(640ms)，我们可以统计各种时长的分配比例，绘制饼状或柱状分布图。

3.3.4 FCH激活集的大小

　　在CDMA中引入了软切换技术，可以先接通新的链路再拆掉旧的链路，这样提高了切换的可靠性和通话质量，但是也占用了更多的信道板资源。因此有必要测量FCH激活集的大小，看看网络中各种软切换所占的比例。

3.2.5 Ec/Io

　　信号的Ec/Io必须超过一定的门限，这是CDMA网络通信的前提。考察网络中承载的数据业务，也必须测量Ec/Io的大小。

3.2.6 手机发射功率

　　CDMA手机宣传的一个买点是其辐射功率小。在数据业务中，由于SCH的引入，数据传输速率提高，相应的辐射功率也会增强，因此有必要测量数据传输过程中手机发射功率的大小。

4．总结

　　中国联通CDMA2000 1X的数据业务已在全国范围内展开，它在速度方面相对于中国移动的GPRS 有很强的优势。目前的GPRS理论速度虽然超过100kbps，但是实际传送的速度只有20kbps左右。在数据通信中，速度的高低往往决定了业务的前途，因此必须最大限度发挥网络的潜能。随着更多用户的加入，无线网络性能有可能恶化，因此必须加强网络性能的测试，优化系统，为用户提供更好的服务，这也有利于提高运营商的竞争力。

----《通讯世界》