性能和质量分析测试方案

概述

在现代无线通信中,通信性能表现是网络用户以及网络运营商最关心的关键指标。在无线终端测试中,包括数据吞吐率指标,通信延时指标,视频通信中的误码指标,都是用户关心的关键指标。针对用户对无线终端性能测试的需求,R&S推出了Performance and Quality Analysis (PQA)解决方案。PQA方案提供完整的数据网络模拟,能实现终端端到端 (end to end) 性能测试,此方案还支持多种无线技术标准,涵盖2G到5G通信技术标准,所支持技术标准包括:
  • 5G NR NSA, SA
  • LTE FDD, LTE TDD, LTE-A
  • WCDMA, DC-HSPA
  • LTE,用于SRLTE和SVLTE的C2K
  • LTE,GSM,TD-SCDMA双待用
R&S®PQA系统聚焦于应用层性能测试,包括:端到端数据性能测试,通信延时测试,视频通信质量分析,上层应用数据分析,功耗测试等。

R&S®PQA测试解决方案

PQA端到端吞吐率与信令延时测试

端到端数据性能测试,是终端性能测试里面最关心的话题,数据吞吐率能力也是表现终端通信性能的核心指标。R&S®PQA提供成熟的端到端数据性能测试功能,用户在PQA系统上能轻松完成吞吐率的测试。

在硬件方面,PQA系统采用R&S®CMWflex方案,可以根据测试需要,构建多台R&S®CMW500的测试平台,完成LTE多载波 (Carrier Aggregation) 测试。PQA可以支持多达8个LTE载波以及支持4x4,8x4 MIMO。
 
在软件方面,PQA系统使用R&S®CONTEST测试平台,测试以用例方式运行。在R&S®CONTEST图形界面上,用户可以实时观察终端的吞吐量情况,除了应用层数据吞吐量,PQA系统还会实时监察各链路支持的数据率情况,如图2-45所示,用户可以通过R&S®CONTEST看到应用层吞吐量,RLC子层吞吐量,HARQ链路吞吐量,物理层吞吐量 (Ack/Nack比率),CQI值情况等。当吞吐量测试出现问题时,用户可以通过对每个子层的吞吐量观察,定位问题到底出现在哪个通信层。
 
PQA系统支持吞吐量动态调度和静态调度两种模式,用户可以灵活地对调度方法进行设置。PQA的LTE测试包括对多种传输模式的支持:
  • Mode 2: TX分集 (SFBC)
  • Mode 3: 开环MIMO (OL-MIMO)
  • Mode 4: 闭环MIMO (双层)
  • Mode 6: 闭环MIMO (单层)
  • Mode 7: 单天线端口
  • Mode 8: 双层传输或单天线端口
 
在动态调度中,用户可以设定CQI-MCS的映射关系,实现MCS的动态调整。

在通信延时测试方面,PQA系统提供信令延时的监控,用户可以定制开发信令延时测试,例如从RRC ConnectionRequest到Attach Accept消息之间的信令延时。用户也可以进行数据平面 (User Plane) 数据回环延时测试 (Round Trip Time)。

 

PQA视频质量分析

R&S®PQA系统,除了数据吞吐量和通信延时测试,还针对视频通话的场景,开发了视频质量分析功能。在PQA系统中集成了R&S®VTE视频分析仪,测试终端与R&S®VTE之间用HDMI连接传输视频画面数据。当测试下行视频通话质量时,R&S®VTE预存了标准视频,测试中R&S®CMW500模拟通话对端,将标准视频画面通过无线链路传送给测试终端,由于测试中R&S®CMW500会加入无线信道衰落(fading),视频传输过程中会产生误码,终端接收到的视频画面将会产生质量下降,终端在接收到视频画面后,通过HDMI接口将接收到的视频画面传送到VTE视频分析仪,R&S®VTE将终端送过来的视频画面与标准视频对比,计算视频质量损失,并给视频质量评分 (MOS值)。

此外,结合R&S®VTE仪表,PQA可以提供H.264编解码分析,RTP包回环延时分析等。以下是PQA视频质量测试提供的分析指标:
  • 视频MOS (通过PSNR)
  • 帧率分析
  • 冻结,掉落的帧
  • 嘴唇同步测量
  • 相机快门速度
  • H.264编码,解码,RTP分组
 

PQA OTT (Over The Top) 测试

随着智能终端的发展,现在终端用户越来越关心手机应用程序 (App) 的性能表现,以下这些是用户所普遍关心的话题:
  • 终端App与网络服务器的连接是否频繁
  • 终端App从网络下载了多少流量
  • 终端的哪些App使用了最多的流量
  • 终端App在不同的手机上的行为表现是否有差别
针对这类测试需求,R&S®PQA系统开发了PQA OTT (Over The Top) 测试功能,无线终端通过PQA系统中的R&S®CMW500做无线终测仪接入,R&S®CMW500通过以太网与Internet的服务器连接,实现App与网络服务器的通信。
 
R&S®CMW500终测仪内置的R&S®IPOQUE软件可以实现IP数据分析功能,能对每个应用的IP连接,数据流量进行实时监控,R&S®IPOQUE软件的功能包括:
  • 记录APP发送和接收的IP包
  • 活动的IP连接
  • TCP 协议分析
  • APP使用的通信协议列表
  • 数据流量统计
  • 通信协议的名字解析

终端APP与网络服务器建立连接,需要从终端侧发起无线接入请求 (RRC Request),PQA OTT功能可以实时监控APP的RRC请求,并以图形方式记录RRC请求发生的频次,用户通过图表可以很清晰的看出APP与网络服务器产生连接的频繁程度。图2-51是PQA测试报告中RRC请求监控的一个实例。灰色部分表示RRC处于连接状态占用时间,青色部分表示无RRC连接的网络空闲时间。

 
 
此外,PQA系统还集成R&S®NGMO程控电源,可以对APP在不同的状态下 (连接态或空闲态) 的功率进行记录,以监控APP对终端功耗的影响。

PQA运营商测试方案

下表1给出采用PQA方案作为参考测试平台的运营商:

 

PQA 5G测试方案

PQA 5G测试方案采用R&S®CMX500+CMWflex2的硬件平台,软件同样是使用R&S®CONTEST。PQA 5G NR测试支持20/40/60/100 MHz,DL MIMO 4x4,DL 256 QAM等特性。
R&S®PQA系统接收用户定制开发,R&S公司与世界主流运营商深入合作,为运营商定制开发了大量测试用例,测试用例所涉及的通信标准涵盖从3G到5G,包括了吞吐量测试,延时测试,视频质量测试,功耗测试,OTT测试等各个方面,PQA系统被作为运营商终端入网测试的参考平台推荐使用。
 

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