CC BY
11UDC 621.391.8
Andreev R.A., Popova T.S., Fedorov A.S. ERA-GLONASS devices
signal testing method
Методика проведения сигнального тестирования устройств с поддержкой ЭРА-
ГЛОНАСС
Andreev Roman Aleksandrovich,
Senior instructor of Radio Communication and Broadcasting Department, SPbSUT
Popova Tatiana Sergeevna,
Undergraduate Student of Radio Communication and Broadcasting Department, SPbSUT
Fedorov Andrey Sergeevich,
Engineer of Research and Education Center «Wireless Infotelecommunication Networks», SPbSUT Андреев Роман Александрович, Старший преподаватель кафедры радиосвязи и вещания, СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича Попова Татьяна Сергеевна, Студент кафедры радиосвязи и вещания, СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Федоров Андрей Сергеевич, Инженер научно-образовательного центра «Беспроводные инфотелекоммуникационные сети», СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Abstract. This article is devoted to the process and results of signal testing of a domestic cellular modem with support for the ERA-GLONASS system. The architecture of the tests is presented, their process and the obtained results are described.
Keywords: eCall, Emergency Call, eCall, Emergency Call, tests of communication devices, cellular communication, mobile communication.
Аннотация. Данная статья посвящена процессу и результатам проведения сигнального тестирования отечественного модема сотовой связи с поддержкой работы системы ЭРА-ГЛОНАСС. Представлена архитектура проведения испытаний, описан их процесс и полученные результаты.
Ключевые слова: eCall, Emergency Call, ЭРА-ГЛОНАСС, испытания средств связи, сотовая связь, мобильная связь.
DOI 10.54092/25421085_2022_5_71
Рецензент: Сагитов Рамиль Фаргатович, кандидат технических наук, доцент, заместитель директора по научной работе в ООО «Научно-исследовательский и проектный институт
экологических проблем», г. Оренбург
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 КеуБ1д^ ТеоИпо!од1еБ, 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.
^ Keysight 2G/3GJest Application^
МТ Point to Point MO Point to Point Cell Broadcast
Last Sent Message Status:
Call TCH PDTCH Cell Data SMS I Protocol Control Info System TxMeas TPut
Ф В <*
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.
Keysight 2G/3G Test Applicatiot
4
I ill 11 é
Main
Operating M ewe
Active Cell (GPRS)
MT Point to Point MO Point to Point Cell Broadcast Mobile Originated SMS Setup
Loopback: On
Message Queue: On
Status Report Mode: Auto
Submit Report Mode: Auto
Submit Report Type: RP Ack
Last Received Message
Transportation: CSDomain
Coding Scheme: 0.00
Length: 5.00
Destination: 8960
Reference No: 21.00
UDHI: 0.00
Messages Received: 2
Messages Queued: 0
RM-82
| Call | TCH | PDTCH j Cell | Data SMS J Protocol Control j Info | System | TxMeas | TPut
• e* mww
e • « •• . » и rt ® ■ * г •.-. «• r
Рисунок 5. Отправка сообщения со стороны оконечного устройства Пример спектрограммы при передаче SMS-сообщения представлен на рисунке 6.
Keysight 2GeG Test Applicatiot
Operating Mode
Active Cell (GPRS)
CH Freg 894.000000 MHz
и dti. tiiv Ref-10.00 dBm
Î.OOs
ResBw 510-00 kHz
Output Power
(Above Threshoid Lvl)
12.396 dBm
Above Threshold Pts 69E+05
4.92 ms
_Sweep 4.88 ms (151109 )
Abs Amplitude Threshold -43.12 dBmi Rel Amplitude Threshold -20.00 dB Current Data
Output Pwr MaxPt Min Pt
-33.094 dBm -23.117 dBm -999 00 d
ata j SMS J Protocol Control | Info | System TxMeas TPut
7IW". ТОТ! ГВГ
Е» « • » - . « к e ® . •* » и ♦» r
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.
Отправка SMS в режиме GSM с UXM на мобильное устройство Проеден Прием SMS в режиме GSM на UXM с мобильного устройства Проеден Прием SMS в режиме GPRS на UXM с мобильного устройства Прощен
Отправка SMS в режиме GPRS с UXM на мобильное устройство Прощен
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].
а) б)
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: 0:\Пользователи\инструмент\Аррйа1а\Роуминг\Кеуз1дИ1\Е6951А
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.
□ MSD header
Version 1
Message ID 0
□ Activation
Autom atrcActivation FALSE
TestCall TRUE
S Position Can Be Trust
Flag FALSE
□ Vehicle Identificatioi i Number (VIN)Info|
Vehicle Type PassengerVehicleClassMl
Isowmi WFO
Isovds RXXGBF
IsovisModelyear R
IsovisSeq Plant 3S12345
S Vehicle Propulsion SI
GasolineTankPresent TRUE
DieselTankPresent FALSE
CompressedNatural... FALSE
LiquidPropaneGas FALSE
ElectricEnergyStorage FALSE
HydrogenStorage FALSE
OtherStorage
0 Timestamp
Value 0
Date Unknown
В Location Info
PositionLatitude 55,843673°
PositionLongitude 37338231°
Vehicle Direction 0'
LatitudeDeltal 0
LongitudeDeltal 0
LatitudeDelta2 0
LongitudeDelta2 0
В Number Of Passenge
Value 0
В Optional Additional С
OID 1.4,1
Content ERA GLONASS
- A GLONASS Based on GOST 33464-2015
□ Crash Severity
Crash Severity ASD.5 0
В Diagnostic Results
Mic connection fail... TRUE
Mic failure TRUE
Right speaker failure TRUE
Left speaker failure TRUE
Speakers failure TRUE
Ignition Itnefailure FALSE
UIM failure FALSE
Status indicator fail... FALSE
BatteryFailure FALSE
Battefy voltage too 1... FALSE
Crash Sensor failure FALSE
SW image corruption FALSE
Common module i... FALSE
GISISS receiver failure FALSE
RAIM problem FALSE
GNSS antenna failure FALSE
Common Module F... FALSE
Events memoiy ove... FALSE
Crash profile memo... FALSE
Other critical falure FALSE
Other non critical fa...
□ Crash Information
Front
Left TRUE
Right FALSE
Rear FALSE
Rollover FALSE
Side FALSE
Front or side FALSE
Another type FALSE
И Coordinate 5y-
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).
15000 20000 25000 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.
References
1. ПН6280. URL: http://naviawireless.ru/product/pn6280/
2. Анисимов Андрей. Отправка SMS на русском языке с помощью GSM-модулей Neoway // БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. - 2014. - №4. - С. 26-28 с.
3. В. А. Канаков. Новые технологии измерения в цифровых каналах передачи информации. - Нижний Новгород: 2006 - 91 с.
4. Keysight Technologies. Keysight E6951A PSAP Emulator: руководство пользователя / Keysight Technologies. - Сингапур, 2017 - 68 с.
5. ERA-GLONASS Conformance and Performance Testing / Bernhard Schulz -Rohde & Schwarz, 2018. - 71 с.
