Архитектура проведения испытаний

В качестве модема для исследования был выбран совмещенный GSM/UMTS модуль Прогресс Навиа ПН6280, который является первым модулем, разработанным специально для российского рынка [1]. Выбор модема российского производства особенно актуален, в связи с политикой импортозамещения из-за сложившейся экономической ситуации в стране и в мире. Для проведения испытаний был использован комплекс E7515A UXM, от компании Keysight Technologies, полностью удовлетворяющий поставленным задачам. Если модем не содержит встроенный ГНСС приемник, для его тестирования генератор сигналов не требуется. Итоговая архитектура проведения испытаний оборудования на соответствие стандартам систем eCall/ЭРА-ГЛОНАСС примет вид, представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Архитектура проведения испытаний

Тестирование основного функционала модема

Основное различие между реальным eCall и «тестовым» eCall заключается в установке флага eCall, который направляет экстренный вызов в реальный ЦОВ и экстренные службы. Функциональность модуля БИП можно проверить с помощью метода тестового вызова, чтобы убедиться, что модуль работает корректно. Проверка правильности установки флага eCall модулем ЦОВ должна выполняться в контролируемой среде с использованием эмулятора сети. Тестирование модема проводилось в программе Keysight 2G/3G Test Applications для эмуляции работы сотовой сети связи. На рисунке 2 представлен вид окна программы TX Meas до совершения каких-либо действий. Из скриншота видно, что в данный момент времени сота находится в состоянии Idle, частотный канал не занят.

Рисунок 2 – Вид главного окна программы при свободном состоянии соты

Далее была проведена процедура подключения к сети, что происходит при нажатии кнопки Originate Call. На рисунке 3 представлена спектрограмма, позволяющая сделать вывод, что процедура подключения прошла успешно. Видно, что в момент совершения вызова был занят частотный канал 896-941 МГц, что соответствует выделенному диапазону. В ходе выполнения данного этапа работы был совершен вызов со стороны измерительного комплекса E7515A UXM и со стороны оконечного устройства.

Рисунок 3. Спектрограмма в момент совершения вызова

В качестве следующего этапа проведения тестирования была совершена отправка SMS-сообщения в обе стороны. На рисунке 4 представлено окно программы при отправке SMS стороны измерительного комплекса E7515A UXM. В данном окне был выбран тип передачи SC Domain и способ ввода текста сообщения (собственный текст или предустановленное сообщение). Ниже на снимке был введен текст отправленного сообщения. В правой части рабочей области программы отображается статус последнего отправленного сообщения, в данном случае без подтверждения статуса.

Рисунок 4. Отправка сообщения со стороны измерительного комплекса

Ни рисунке 5 продемонстрирован экран измерительного комплекса при получении SMS-сообщения со стороны мобильного терминала. В разделе Last Receiver Message отражен ряд параметров полученного сообщения:

• Transportation – домен адресации SMS-сообщения – CS Domain
• Coding Scheme – схема кодирования – 0 (кодирование не использовалось);
• Length –длина сообщения – 5 символов;
• Destination –номер телефона отправителя сообщения – 8960;
• Reference № – номер полученного сообщения на данный прибор – 21;
• UDHI (User Data Header Included) – флаг дополнительной информации в сообщении – 0 – поле (UD User Data) содержит только само сообщение [2];
• Messages Received – номер очередного сообщения в ходе проведения сессии – 2;
• Messages Queued – количество сообщений в очереди – 0;
• Текст полученного сообщения.

Рисунок 5. Отправка сообщения со стороны оконечного устройства

Пример спектрограммы при передаче SMS-сообщения представлен на рисунке 6.

Рисунок 6. Спектрограмма при передаче SMS-сообщения

Для определения качества декодинга сигнала в модеме (обеспечение корректности принятого пакета данных) измеряется параметр BLER. BLER – block error rate – частота блоковых ошибок, коэффициент ошибок по блокам – показатель, равный отношению числа ошибочных блоков данных к общему числу переданных блоков [3]. Под блоком понимается заданное количество битов. Ошибочным блоком считается блок, содержащий хотя бы один ошибочный бит. Обычно значение параметра BLER больше (хуже), чем параметра BER bit error rate – частота битовых ошибок, коэффициент ошибок по битам). Его целесообразно измерять только в тех сетях передачи данных, где информация передается блоками фиксированного размера, а параметр BLER является важной характеристикой канала с учетом кадровой (цикловой) структуры передачи. Например, для сетей АТМ принята кадровая структура передачи в виде кадров длины 53 бита. Ошибочный кадр уничтожается (дискартируется). В этом случае можно считать кадр АТМ как блок длиною в 53 бита, а эквивалентом BLER будет параметр ошибки по кадрам CER (Cell Error Rate). В другом примере в качестве эквивалента блока может выступать сверхцикл ИКМ, а эквивалентом BLER будет ошибка по CRC. Тестирование BLER в автоматическом режиме было проведено дважды: первый раз до отправки SMS-сообщения, второй раз для проверки, поднялась ли пакетная передача после отправки SMS.

Поскольку функционал встроенного ПО подразумевает прописывание адресации и маршрутизации для пакетной передачи данных, с учетом различных вариантов адресных регистров, было использовано программное обеспечение для проведения испытаний в автоматическом режиме с учетом предоставления пакетной передачи в режиме петли, что означает отправку и прием одной и той же информации через несколько внутриэмулированных сетевых узлов и каналов между ними с псевдослучайными коэффициентами задержек. В формате автоматического тестирования были проведены тесты, представленные на рисунке 7.

Рисунок 7. Результаты проведения тестов в автоматическом режиме

Тестирование функционала eCall

При открытии программы Keysight E6851A PSAP Emulator система начинает взаимодействие с эмулятором базовой станции UXM и с векторным генератором для эмуляции ГНСС систем. Запуск эмуляции ГНСС требуется только для тех модемов, которые содержат встроенный спутниковый радиомодуль. Поскольку тестируемый модуль ПН6280 не оснащен ГНСС приемником, подключение векторного генератора для проведения испытаний не требуется.

Сеанс eCall всегда является событием, инициируемым БИП, и может быть запущен либо непосредственно из БИП, либо с помощью кнопки «Начать вызов IVS» (активируется с помощью параметра «Использовать последовательный порт») на эмуляторе PSAP E6951A.

Управление модемом осуществляется БИП посредством последовательности AT-команд, предназначенных для включения режима inband, включения аудиокодека, установки типа экстренного сообщения, заполнения МНД-сообщения, осуществления экстренного вызова и передачи МНД.

Для осуществления испытаний eCall необходимо запустить программу Keysight E6851A PSAP Emulator, активировать управление регистрации в сети для тестируемых устройств. На рисунке 8 видно, что параметр Call State перешел из состояния DISCONNECT в состояние ATTACHED.

Рисунок 8. Рабочая область программы Keysight E6851A PSAP Emulator при подключении к сети

При начале вызова запускается 10-секундный таймер, и эмулятор PSAP E6951A отслеживает вызов через измерительный комплекс. Если вызов успешно установлен, статус вызова будет перейдет из состояния ATTACHED в состояние CONNECTED [4].

Рисунок 9.

а) Инициализация вызова в автоматическом режиме

б) Инициализация вызова в ручном режиме

При передаче МНД-сообщения со стороны оконечного устройства (модема) в режиме PULL со стороны ПО необходимо нажать кнопку PUSH для завершения передачи. Пример минимального набора данных, полученного при тестировании в данном режиме приведен на рисунке 10.

Рисунок 10. МНД

МНД меняет свое состояние на DECODED. Статус обмена МНД можно отслеживать двумя способами:

• Состояние PSAP LOG EVENT отображается в нижней части окна эмулятора PSAP E6951A. Поле измеряется в аудиосэмплах (при частоте 8000 сэмплов в секунду) относительно начала обмена аудиоданными.
• Файл Diagnostic.txt, который создается и перезаписывается при каждом вызове и сохраняется в папке AppData E6951A, например: C:ПользователиинструментAppDataРоумингKeysightE6951A

Если эталонный МНД успешно получен, он отображается, как показано на рисунке 11, а ячейка eFlag приходит в состояние eCall AUTO или eCall MANUAL, в зависимости от выбранного режима.

Рисунок 11. Пример успешно полученного МНД

Полученный в результате тестирования eCall МНД состоит из 140 байт и 28 проверочных бит для CRC, что в сумме дает длину в 1148 бит [5]. После кодирования для прямой защиты от ошибок длина МНД составляет 1380 бит. МНД состоит из предварительно заданного кадра синхронизации и трех частей данных. Между отдельными частями сигнал подавляется. На рисунке 12 также показан фрагмент тестового аудиофайла (в формате wav).

Рисунок 12. Фрагмент тестового аудиофайла

Таким образом, в результате тестирования модема были проверены следующие функциональные характеристики:

• Возможность совершения телефонного вызова со стороны измерительного комплекса и со стороны абонентского терминала (модема);
• Отправка SMS-сообщения от стороны измерительного комплекса на мобильный терминал;
• Прием SMS-сообщения измерительным комплексом со стороны мобильного терминала;
• Возможность работы в системе eCall в автоматическом и ручном режимах.

Работа выполнена в рамках прикладных научных исследований СПбГУТ, регистрационный номер 122020100465-3 от 01.02.2022 в ЕГИСУ НИОКТР.