WCDMA手機高品質化 符合性與互通性測試缺一不可

2005-12-02
2005年全球各手機大廠紛紛推出最新3G手機,向世界昭告3G時代已經正式來臨,而在國內,繼亞太行動寬頻之後,包括中華電信、台灣大哥大 、遠傳等三家系統營運商也都陸續開台,推出3G服務...
2005年全球各手機大廠紛紛推出最新3G手機,向世界昭告3G時代已經正式來臨,而在國內,繼亞太行動寬頻之後,包括中華電信、台灣大哥大、遠傳等三家系統營運商也都陸續開台,推出3G服務。可見,WCDMA 3G手機已逐漸邁入需求成長的高峰期,這對台灣的手機相關產業更是不可錯失的大好商機。  

以手機開發來說,不論是手機開發商或電信系統商,為確保手機品質及網路端基地台的互通性,都會針對手機來進行種種測試。這些測試都是依照通訊標準制訂組織3GPP所制訂的符合性測試(Conformance Testing)標準,或是由手機測試業者依據之前測試整合經驗,所自行開發的互通性測試(Interoperability Testing)案例。  

至於要先進行符合性測試或者是互通性測試,這並無嚴格限制,不過在ETSI的技術文件(TS 102 237-1)中建議先進行符合性測試後,才執行互通性測試,這是因為先進行符合性測試後才能確定手機是依據3GPP所制訂之通訊協定標準所開發的。如此,此手機在進行互通性測試時,也才能保證進行互通測試的產品是透過相同通訊協定來溝通。  

符合通訊協定標準  

符合性測試的目標是驗證依據通訊協定標準所開發的手機,是否符合通訊協定標準中所定義的種種功能需求。圖1就是一個簡單的符合性測試示意圖,受測系統(System Under Test, SUT)是指待測物所在的系統,在此指測試的手機。而符合性測試系統則是指符合規格所定的符合性測試規格的測試工具。  

3GPP將WCDMA符合性測試相關的規範標準都編入在34系列的技術文件中,以作為手機符合性測試標準。如表1中所列為WCDMA符合性測試的相關規格書。3GPP符合性測試的測試方法是參考ISO9646規定,測試標準包括測試實例組(Abstract Test Suite, ATS)、實現通訊協定一致性聲明(Protocol Implementation Conformance Statements, PICS)和協議附加陳述文件(Protocol Implementation Extra Information, PIXIT)等三個部分。可執行測試套件(Executable Test Suite, ETS)在以上三個基礎上產生,也就是指可執行的測試案例群組。ATS則是描述過程的範本,它提供測試項目的規範;PICS用來說明執行的需求、能力,及可選擇執行的情況;PIXIT是協定實作附加資訊,用來提供須標明的參數;並選用TTCN2++作為測試案例描述語言。  

目前各測試設備廠商所開發的符合性測試範例都是依據表1的規格書,經一定流程開發而成。為了讓符合性測試具公信力,於是,WCDMA手機或系統業者便共同成立GSM認證論壇(GSM Certification Forum, GCF),以訂定WCDMA認證標準。GCF則是由GSMA與GSM相關設備生產商相互合作的產物,為一全球性認證論壇,主要目的在於確保全球GSM及WCDMA的通用性,促使生產廠商增進其產品之相容性。GCF並列出一系列終端測試標準及規範,根據測試項目分類,形成GCF-CCR(Certification Criteria Regulatory)和GCF-CCV(Certification Criteria-additional Volun-tary Tests)作為永久性參考文件。提供協調一致的符合性測試標準,通過GCF認證,就意味所有成員系統服務業者皆認可該手機,將來毋須再進行額外測試。  

以測試廠商安立知公司所開發的符合性測試範例為例,最開始是由ETSI取得測試範例的原型,再依據WCDMA測試規格書及實際上測試範例執行所在的測試平台(PTS)進行修正,之後便交由測試屋(Test House)如RFI,來進行認證相關業務。圖2便是安立知所提供測試範例開發認證的程序,右邊的百分比則是對這階段測試範例可靠性的評估值。  

符合性測試在執行上並不困難,以PTS執行測試為例,只須將待測手機與PTS連接好(圖3),選定測試範例並執行,之後PTS便會透過視窗介面提醒測試人員該如何進行之後的測試步驟,以驗證此WCDMA手機是否符合此符合性測試範例的測試目的。  

測試完成後,不論測試成功或失敗,測試人員都可透過PTS所提供的協定分析儀來進行分析。如圖4,協定分析儀提供MSC及TTCN兩種模式;MSC有助於測試人員很快了解整個測試的流程,而TTCN則可讓測試人員更深入了解、分析測試的問題所在。良好的分析工具對手機測試而言是不可或缺的。  

達成手機間互通性  

互通性測試的目的是測試依據相同、可連通之通訊協定所開發之兩系統(至少兩個以上),其功能是否可正確執行。所連接測試的對象必須是已達到一定品質之系統,如圖5是互通性測試的示意圖。以WCDMA系統來說,可能是手機(待測手機)對手機(已得到認證之手機)、手機對基地台或手機對網路模擬器等等組合。由於現在3G網路中各網路元件多是由不同廠商所開發,同一網路的不同組成部分包含使用者裝置(UE),即手機、UMTS無線接取網路(UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN)、核心網路(CN)組建在一起後,各個元件必須能完成互通性測試後,才能確保各個元件之間的互聯互通。  

以手機對手機進行互通性測試為例,其測試項目是以兩手機皆共同支援的功能所制訂,且這兩隻手機必須來自不同的供應商(至少是不同的產線所出產)。就如之前所提的符合性測試所設計之測試案例,其測試目的及方法主要是涵蓋在特定的硬體系統,或者是在個人電腦上以模擬器的方式根據3GPP測試規格書集中測試某些特定的功能與流程。也因此,符合性測試在這些特定的功能與流程方面的測試十分徹底。但由於符合性測試並未涵蓋在不同系統資源與網路時的可能配置情況之測試,也並未考慮在實際網路環境下的系統效能與穩定性。因此單憑符合性測試來測試WCDMA手機並不足以達到可令人信賴的品質。所以還須透過互通性測試以測試手機在不同的電信網路、環境中的互通能力與穩定性。  

在ETSI的技術文件(TS 102 237-1)有明訂互通性測試的測試步驟,如圖6,其測試流程主要分成三大步驟:  

‧測試準備工作:在開始進行測試之前有許多工作必須先完成,其中第一件事,也是最重要的事情就是定義測試架構和系統。決定測試架構、系統後,也才能決定所需的設備,進而定義出測試的目的及範圍,撰寫測試計畫書。  

‧進行測試:測試執行所須特別注意的是須記錄每個測試案例執行的結果是否成功。另外,若能設計成自動化測試,自動記錄測試結果,這也是非常重要的。不過,前提是測試案例跟測試系統必須能滿足自動化測試的需求。  

‧撰寫測試報告:測試報告必須能總結整個測試過程,並清楚指出待測物經過互通性測試後,是否具支援功能。  

為達到上述互通性測試步驟,一個好的測試系統是相當重要的。互通性測試的測試方法有許多種,包括使用測試模擬器來測試,或是藉由系統廠商的實驗網路測試,或實際到戶外,直接經由商用網路測試(Field Trial)。理所當然,到商用網路進行測試是最可以確保品質的方法。但是實際上使用商用網路或實驗網路進行測試時,由於測試環境複雜,不能控制的因素太多,使得這樣的測試在出現問題時很難再次重現。這代表若測試失敗,測試人員無法透過同樣的測試操作步驟來重現當時測試狀況。如此,便無法確認是否已解決此問題或再一次重現問題,以釐清問題所在。因此,通常第一步會先使用可以在實驗室進行測試的互通性測試模擬器來測試。這樣可以確保所發現的種種問題都可以即時重現,以方便測試人員解決問題。  

測試隨手機系統愈趨複雜  

由於通訊架構及功能的演進,使得通訊協定內容也日趨複雜,以行動通訊系統為例,其發展經由第一代AMPS系統與目前第二代GSM系統的發展,面臨到頻帶不足及傳輸速度慢的情形,為解決資料和圖形影像的傳輸需求,第三代WCDMA系統便著眼於為使用者提供更佳的頻寬服務。如此一來,系統更複雜,同樣的測試工作也會變得更複雜。測試目的在確保產品的穩定性和品質符合使用者需求,手機測試目的亦是如此。手機通訊協定測試須經過符合性測試、互通性測試、場測等一連串的測試。因此,如何簡化測試操作便會深深影響著測試工作進度,而良好的測試工具更可大大提升除錯工作的效率。  

(本文作者任職於安立知)  

(詳細圖表請見新通訊58期12月號)  

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