3G移动终端的BER统计测试算法

3G 移动终端的BER 统计测试算法

李昊，刘岚

武汉理工大学信息工程学院(430070)

E-mail:：lihao_0228@https://www.360docs.net/doc/901526489.html,

摘 要：在3GPP 测试规范中，定义了一种新的BER 统计测试算法。本文首先介绍了该算法的理论依据，然后提出了实际3G 移动终端BER 测试中的应用方案，并使用LabVIEW 软件实现其统计判决部分，最后通过与传统测试算法的比较，验证该算法的特性。

关键词：3G BER 测试算法

1．引言

误比特率（BER ，Bit Error ratio ）是重要的移动设备测试项目，而BER 测试算法的好坏将直接决定BER 测试的质量。良好的测试算法应满足四点：

1）在每个独立的测试中，保证适度的低风险通过一个坏设备；

2）在每个独立的测试中，具有高概率通过一个好设备；

3）测试具有高度的统计意义；

4）保证测试时间尽可能短。

在3GPP 测试规范中，定义了一种新的BER 统计测试算法，较以往的测试算法具有许多优点。

2．3G 的BER 统计测试理论

2.1 泊松分布与置信区间

如果指定一个采样数ns ，然后累计在ns 个样本内出现的错误数ne ，那么ne/ns=ber 。但是这种简单测试缺乏统计意义。

如果将这种简单测试重复无穷次，我们会看到在一定ns 内出现的ne 的概率符合泊松分布：

(,)(/!)ne NE dpois ne NE NE ne e ?=

NE 为ne 的平均值，NE/ns 才是最终的BER 。

参数NE 决定了变量为ne 的泊松分布的特征。用不同的参数NE 可以描述不同的分布。 在一个简单的测试里，我们应用某一采样数ns 测量到错误数ne ，这个测量结果可能是不同分布里的一部分。下面我们来寻找其中两种特殊的分布：

（1）最坏概率分布NE high ：包含我们测量到的ne 、概率D=0.0085%，

00.000085(,)ne high dpois ni NE dni =∫

反累加操作的结果是：NE high 。

（2）最好概率分布NE low ：包含我们测量到的ne 、概率D=0.0085%，

0.000085(,)high ne dpois ni NE dni ∞=∫

反累加操作的结果是：NE low 。

- 1 -

NE low 和NE high 构成的区间就称为置信区间[1]。

2.2 置信区间在测试中的应用

我们不可能将简单测试重复无穷次来获取NE ，但是通过一个简单的测试得到的ne ，我们可以计算出一个置信区间，最终的NE 将会以很高的概率出现在这个区间内。

在测试过程中，对每个新样本，我们实时计算此刻的置信区间，并与判决门限比较： 如果发现整个置信区间在门限好的一边，我们说：最终的NE 会以1-D 的高概率比门限好，允许提早通过（Early Pass ）；

如果发现整个置信区间在门限坏的一边，我们说：最终的NE 会以1-D 的高概率比门限坏，允许提早失败（Early Fail ）；

如果发现置信区间包括了门限的两边，不作任何提早判决。

根据这个定义，我们得到了两条判决门限：

提早通过的门限Early Pass Limit 为：

2(,)(1,2)ne bernormpass ne D qchisq D ne =

?

提早失败的门限Early Fail Limit 为： 2(,)(,2)ne

bernormfail ne D qchisq D ne =

图1 Early Pass Limit 和Early Fail Limit

如上图所示：如果当前的ber 停留在中间黄色区域（如RX1），不作判决，继续测试；一旦当前的ber 进入下方绿色Pass 区域（如RX2），我们宣布该设备的测试提早通过，测试结束；一旦当前的ber 进入上方红色Fail 区域（如RX3），我们宣布该设备的测试提早失败，测试结束[2]。

2.3算法的改进

目前的算法存在一个明显的问题：early pass 与early fail 两个门限不相交，之间始终存在一个开口，这意味着测试时间有可能变得很长，甚至趋于无穷。通常，我们会指定一个ne 作为测试的结束条件。但无论将ne 设为何值（例如ne=200），如果ne 达到200而测试 - 2 -

曲线未越过两个门限，此时必须做出强制判决。这种情形的弊端在于使得测试具有两种不同的质量，严重损害了原有的高度统计意义。

于是，我们对算法做如下改进。

保留early fail limit 的定义不变：我们判决一个DUT 测试失败，而它实际上比门限要好，该误判概率为D 可以接受。

重新定义一个有意义的early pass limit ：我们判决一个DUT 测试通过，而它实际上比门限的M 倍要差，该误判概率为D 可以接受。（M 称为Bad DUT factor ，M ＞1）

这样处理的结果是：early pass limit 上升了M 倍，与early fail limit 相交。

提早通过门限Early Pass Limit ：

2**lim (,)(1,2*)pass ne M ber bad D ne qchisq D ne =

?

相对于bad DUT 门限。

提早失败门限Early Fail Limit ： 2*lim (,)(,2*)fail ne ber D ne qchisq D ne =

相对于指定的门限。 若取D=0.000085，则最终的标准化门限=1.234。

图2 重新定义的Early Pass Limit 和Early Fail Limit

3．实际移动终端BER 测试的应用方案

以3GPP 测试规范为基础，参考国内外各通信测量仪器厂商的测试方法，我们可以采用如下的移动终端BER 测试方案：

目前，利用系统模拟器SS 实现终端一致性测试是较为通用的方式。它要求将待测用户设备UE 与SS 相连接，建立起RRC 连接，建立无线承载，并将UE 设置为Loopback 类型1（UE 的一种工作状态，UE 会将接收到的解CRC 校验后的数据原封不动地发还给SS ）。

3GPP 测试规范定义BER 为接收到的错误比特与所有发送的数据比特之比，这里的比特 - 3 -

[3]

是指卷积/Turbo解码器之上的信息比特。SS在每个传输时间间隔（TTI）内将一组数据编码调制后发射给UE，然后在上行链路上等待UE发还，再将解调解码后的数据与原数据对比，累计误码个数。

测试过程中可能出现的问题有三个：

一是上行链路上出错。BER测试主要用于UE的接收机性能测试，因此，我们要求所有的误码都来自下行链路，而上行链路必须是完全无误的。这就要求SS对接收的数据作CRC 校验，一旦CRC校验出误码，我们认为该数据块无效并抛弃。

二是数据块丢失。SS还需要检测传输格式组合指示（TFCI），以确定某个TTI内是否有数据发送或有数据块丢失。实际测试中，为了缩短测试时间，SS通常会在每个TTI内都发送数据，而利用CRC校验就可以检验出是否有数据块丢失，无需额外检测TFCI[4]。

三是超时。Loopback存在一定的延时，3GPP测试规范定义，Loopback的延时不能超过相当于10倍TTI的无线帧的个数。实际测试中，如果仪器性能允许，可以适当地超出[4]，但是必须有超时设置，在UE长时间没有响应时中止测试。

SS在每个TTI内获得的样本数和误码数实时送交统计判决模块分析。

3G的BER统计测试使用到的参数有：测试要求=0.001；标准化门限=[1.24]；最大错误事件数=200；错误判决概率D=0.2%（或者说置信等级=99.8%）；Bad DUT factor=[1.5]。同时注意：early fail limit曲线的有效范围是5＜ne≤200；early pass limit曲线的有效范围是1＜ne ≤200[3]。

在测试开始时，需要人为地引入一个错误事件，以确保实验的有效性。

测试过程中，在每个TTI累计从测试开始至该时刻的所有样本数和错误事件数，包括开始时引入的那个人为错误，计算相应的BER，并绘制BER轨迹曲线。期间要随时关注绘制的BER轨迹是否越过early fail limit和early pass limit曲线：

如果BER超出或相交于early fail limit曲线，则认为BER测试提早失败，测试结束；

如果BER低于或相交于early pass limit曲线，则认为BER测试提早通过，测试结束。

若已经达到指定的最大错误事件数200，仍然不能做出判决（这几乎是不可能的），则直接与标准化门限[1.24]比较。

4．3G的BER统计测试算法的实现与验证

在TD-SCDMA移动终端测试的研究过程中，我们使用LabVIEW 7.1实现了3G的BER 测试的统计判决部分。下图是BER=0.0008时某次统计分析的运行结果图。

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图3 BER=0.0008时某次统计分析的运行结果

为了验证3G统计算法的特性，我们设计如下实验：

比较三种测试算法：算法一是3G统计算法；算法二是检测200个误比特，累计采样数，误比特总数与采样总数的比值即为ber（这是2G的一种BER算法，具有一定的统计意义）；算法三是检测20000个比特样本，累计误比特数，误比特总数与采样总数的比值即为ber（这是目前很多终端测试仪器常采用的一种简单的BER算法）。

选用12.2kbps的参考测量信道，TTI=20ms，（即每个TTI内发送244bit数据块），并假定没有CRC校验错误、数据块丢失和Loopback超时。

实验中，每次产生244个01数据以对应一个TTI，即ns=244，根据指定的BER值随机产生若干个错误，得到该TTI内的ne值，再分别采用三种测试算法分析数据，记录各种算法消耗的TTI个数（即测试的时间）和判决结果。我们在0.0001-0.01范围内选取81个BER 值，每个BER值测试1000次。

图4 三种算法的测试时间比较图5 三种算法的判决准确性比较实验结果如图所示。可以看到，当BER值高于门限时，3G统计算法仅做出了极少数的Pass判决，可以“保证适度的低风险通过一个坏设备”；当BER值低于门限时，3G的算法判决绝大多数的设备Pass，说明“能够以高概率通过一个好设备”；虽然误判的风险略高于算法二，但是以此为代价，换来的是测试时间的大幅缩减。这正是3G统计算法的优势所在。至于算法三，属于独立的简单测试，统计意义很差，而且误判风险相对较高，明显劣于3G

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统计算法。

5．结语

试规范中定义的这种新的BER 统计测试算法，是一种良好的测试算法，是BER 测试为一个独立的测试项目，而

是作参考文献

[1] 3GPP Test Specification TR34.901 V3.0.0．Te ication Group Terminals; Test Time Optimization

BER statistical testing arithmetic for 3G mobile terminal

School of information engineering, W nology, Wuhan, PRC （430070）

There is a new BER statistical testing arithme in 3GPP technical specification. Firstly, this 3GPP 测算法长期研究的成果，将应用于3G 移动设备的性能测试中。而且，该算法的理论同样适用于BLER （Block error ratio ）测试以及RRM delay 测试。

但是，不同于2G ，3GPP 测试规范并没有将BER 测试设置为各接收机测试项目的中间环节出现，

由此产生的测试算法旨在以尽可能短的时间，以尽可能低的误判风险通知测试者待测设备是否符合门限要求，而无法提供一个精确的BER 计算结果。另外，该测试算法基于一种假定，即比特之间是相互独立的。然而，由于卷积/Turbo 编码等过程的存在，比特之间不可能完全独立，这必将影响到计算的准确性。这两点是该测试算法有待改进的地方。

chnical Specif based on statistical approaches; Statistical theory applied and evaluation of statistical significance [S]．

[2] Rudolf Schindlmeier ．Reducing measurement times by means of statistical BER measurements

[EB/OL]．https://www.360docs.net/doc/901526489.html,/www/publicat.nsf/article/n179_cmu200-ber.pdf ，2003．

[3] 3GPP Test Specification TS34.122 V5.1.0．Technical Specification Group Terminal; Terminal conformance (T specification; Radio transmission and reception DD) [S]．

[4] Agilent Technologies ．Loopback Bit Error Ratio Measurement Description

://https://www.360docs.net/doc/901526489.html,/rfc [EB/OL]．http wireless.agile omms/refdocs/wcdma/wcdma_meas_loopber_desc.php ，2005．

Li Hao ，Liu Lan

uhan university of Tech Abstract

tic defined paper introduced the theory of this arithmetic and supplied an application rule in the actual test. Then simulated its statistical testing arithmetic with LabVIEW, and compared it with traditional testing arithmetic to prove its characteristic.

Keywords: 3G; BER; testing arithmetic

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