LTE系統(tǒng)核心技術(shù)剖析及eNodeB測試方案探討
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（2）MIMO各種模式分別保證了LTE高峰值速率和小區(qū)邊緣的覆蓋及小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。因此，對eNodeB設(shè)備中MIMO不同模式的測試也將是保證LTE系統(tǒng)的性能優(yōu)勢的必要測試。
（3）LTE系統(tǒng)引入了多載波技術(shù)，LTE系統(tǒng)對信道帶寬內(nèi)子載波的靈活調(diào)度及分配是保證多用戶寬帶接入的前提。因此，OFDM子載波的靈活調(diào)度及在多用戶之間的分配也是eNodeB設(shè)備的關(guān)鍵測試項之一。
（4）LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機制也是LTE系統(tǒng)的顯著技術(shù)特征，因此驗證多個eNodeB設(shè)備之間干擾協(xié)調(diào)的測試也是必須的。
（5）對eNodeB測試還將包括驗證E-MBMS的實現(xiàn)及其在各個小區(qū)之間的切換。
4 LTE系統(tǒng)中eNodeB測試挑戰(zhàn)
在LTE基站eNodeB型號標(biāo)準(zhǔn)上市之前，需要進行完備的基站設(shè)備測試（包括軟件測試、硬件測試以及無線指標(biāo)測試），將涵蓋LTE的協(xié)議一致性測試、無線性能指標(biāo)一致性測試、無線資源管理的一致性測試和端到端的業(yè)務(wù)驗證測試等，這些組成了eNodeB認(rèn)證測試的基礎(chǔ)。
由于LTE系統(tǒng)的工作頻率從700MHz跨越到3GHz，信道帶寬從1.25~20MHz靈活配置，使得eNodeB硬件的設(shè)計及測試都具有很大的挑戰(zhàn)；LTE系統(tǒng)提出了更高的性能需求指標(biāo)，引入了如OFDM，MIMO等多項關(guān)鍵新技術(shù)，因此在研發(fā)過程中，eNodeB測試也將需要全新的測試平臺、測試用例及測試方法。
在eNodeB設(shè)備測試中，對上下行信道和信號的測試是必不可少的。帶有LTE選件的信號發(fā)生器可以用來產(chǎn)生上行信號，頻譜分析儀可以用來檢驗下行信號。MIMO是LTE系統(tǒng)的技術(shù)特點之一，因此信號發(fā)生器應(yīng)支持MIMO制式和多徑衰落。物理信道和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y試也可利用信號發(fā)生器和頻譜分析儀完成。完整的LTE測試還將包括協(xié)議和物理層的測試，這個過程需要上下行的交互，例如HARQ，RACH過程。系統(tǒng)級的測試環(huán)境是真實的終端和eNodeB通過真實的無線環(huán)境連接在一起，eNodeB還將連接到真實的核心網(wǎng)實體。在測試初期，LTE協(xié)議測試也可以采用模擬的終端和核心網(wǎng)實體，采用信道模擬器模擬設(shè)備在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的性能，實現(xiàn)對小區(qū)中央及邊緣位置的信號強度的模擬，從而減小實地測量的需求。LTE的協(xié)議層測試與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不同之處在于，無線資源控制(RRC)狀態(tài)，以及aGW網(wǎng)元和eNodeB對UE上下文RCC狀態(tài)的保留。因此，為了能夠測試這些不同的特征，需要靈活的測試設(shè)備，并提供一個可編程界面，能夠設(shè)置RRC的模式。
LTE系統(tǒng)將與其他標(biāo)準(zhǔn)在很長一段時間內(nèi)共存，為了達到很好的地域覆蓋，LTE系統(tǒng)與2G，3G基站以及非3GPP系統(tǒng)之間的融合以及無縫切換變得至關(guān)重要。eNodeB必須支持與GSM(全球移動通信系統(tǒng))/EDGE(增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術(shù))，TD-SCDMA，WCDMA/HSPA，cdma2000，1×RTT/EV-DO等相互之間的切換。這就必然要求測試環(huán)境能夠利用或完全模擬這些網(wǎng)絡(luò)間的漫游切換以實現(xiàn)對eNodeB的測試。此外，LTE是一個全IP核心網(wǎng)，需要端到端應(yīng)用程序測試，并且由于LTE系統(tǒng)將支持更豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用，例如VoIP，F(xiàn)TP或多媒體數(shù)據(jù)流等，因此對于業(yè)務(wù)應(yīng)用的測試也較以前更加重要、復(fù)雜。完備的eNodeB測試環(huán)境如圖3所示。如果采用模擬的測試環(huán)境，則還需要相應(yīng)的應(yīng)用程序作為支撐，如LTE 終端/核心網(wǎng)的加載測試應(yīng)用程序等，模擬的完全測試環(huán)境如圖4所示。因此，eNodeB全備的測試環(huán)境及測試內(nèi)容將包括：
圖3 LTE eNodeB 設(shè)備測試完整環(huán)境
圖4 LTE基站設(shè)備測試的模擬測試環(huán)境
（1）連接所有的網(wǎng)絡(luò)單元并驗證所有的接口。
●eNodeB設(shè)備測試：eNodeB作為被測設(shè)備，利用真實的eNodeB，MMEs，aGW 和UE或采用模擬的設(shè)備。
●互操作性測試：LTE MME 與UTRAN 和GERAN 網(wǎng)絡(luò)。
（2）語音、多媒體和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合的實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
●語音業(yè)務(wù)AMR NB/WB，G.711，G.723，G.726，G.729。
●視頻業(yè)務(wù) H.261，H.263，MPEG-2，MPEG-4。
●IPv4，PIv6，IPSec。
●QoS (quality of service)分析。
●QoE (quality of equipment) 測量。
（3）對eNodeB設(shè)備的軟件、硬件及無線指標(biāo)測試。
（4）負(fù)面測試：驗證系統(tǒng)在錯誤條件下的行為。
（5）安全性驗證。
5 LTE系統(tǒng)中eNode B的測試用例及測試方法
為了保證無線通信系統(tǒng)的正常運行，必須對基站設(shè)備進行覆蓋各個方面的測試。完整的基站設(shè)備測試包括無線指標(biāo)測試、軟件測試和硬件測試，其中軟件測試又包括基本接口測試，操作維護測試以及功能測試（見圖5）。無線指標(biāo)測試、軟件測試以及硬件測試彼此相互補充，缺一不可，共同決定著無線通信系統(tǒng)基站設(shè)備使用性能的驗證。LTE系統(tǒng)中eNodeB設(shè)備的全備性測試也包括上述幾類測試內(nèi)容。
圖5 基站設(shè)備測試的分層結(jié)構(gòu)
基站的完全測試會根據(jù)不同通信系統(tǒng)的特征而有不同的測試方法和測試用例，但由于無線通信系統(tǒng)具有相似的通信功能，基站設(shè)備具有相似的功能模塊及操作維護機制，并且無線電波具有固有的無線電磁波特性，因此基站設(shè)備的完全測試具有相同的基本測試原理，存在著部分通用的測試方法和測試用例。由于LTE系統(tǒng)中eNode B具有一些前所未有的性能和技術(shù)特點，因此在測試用例及相應(yīng)測試方法上也具有獨特的需求。
5.1 無線指標(biāo)測試
無線指標(biāo)測試包括發(fā)射端和接收端的測試。在發(fā)射端，考察信號的調(diào)制質(zhì)量、發(fā)射功率、占用帶寬和帶外諧雜波抑制等。由于發(fā)射信號調(diào)制質(zhì)量的好壞會影響接收端的解調(diào)能力，因此必須對調(diào)制質(zhì)量進行全方位的評估，包括調(diào)制幅度誤差、發(fā)射頻率誤差以及相位噪聲。在接收端，測量接收機在各種干擾情況下的接收靈敏度。LTE系統(tǒng)作為無線通信系統(tǒng)的一種，eNodeB的無線指標(biāo)測試包括無線通信系統(tǒng)所要求的上述常規(guī)測試用例。
由于LTE系統(tǒng)采用了OFDM/OFDMA技術(shù)，把信道帶寬劃分為了很多正交子載波，在測試過程中，用戶所使用的OFDM子載波在信道帶寬中的不同位置可能會導(dǎo)致測試結(jié)果的不同，例如，濾波器的非理想特性使得信道帶寬邊緣處的子載波相比處于中間位置的子載波會受到較大的干擾。因此，在上行測試用例中占用資源塊的位置必須有多種配置以實現(xiàn)對整個信道帶寬所有子載波的覆蓋，測試是否所有子載波都滿足規(guī)范要求無線性能指標(biāo)。
OFDM子載波間的正交性是LTE系統(tǒng)得以實現(xiàn)的前提保證，因此在無線指標(biāo)測試中將全面考察OFDM子載波正交性，OFDM符號同步程度以及采樣同步情況。這些特征將共同影響信號的調(diào)制質(zhì)量。在單載波網(wǎng)絡(luò)中，影響調(diào)制質(zhì)量的因素主要是射頻單元器件的非理想特性，由于OFDM系統(tǒng)不可避免地存在子載波正交性、符號同步及采樣同步的誤差，使得LTE系統(tǒng)中的信號調(diào)制質(zhì)量相比于單載波網(wǎng)絡(luò)會更加惡化。因此，調(diào)制質(zhì)量將成為基站設(shè)備測試中最為重視的測試項之一。
下文將以調(diào)制質(zhì)量的測試作為討論重點，首先分析調(diào)制質(zhì)量誤差產(chǎn)生的原因，以及影響調(diào)制質(zhì)量測量結(jié)果的因素，并在此基礎(chǔ)上提出有效的測試方法建議。
通常用來表征系統(tǒng)調(diào)制質(zhì)量的參數(shù)為誤差矢量幅度(EVM)，3GPP定義了LTE系統(tǒng)中EVM測試項為符號EVM，符號EVM的測試將考慮具體的信道配置情況，分析信號失真對不同傳輸速率下的專用物理信道的影響。
設(shè)Z為實際發(fā)射的符號矢量；S為理想基準(zhǔn)信號矢量，則幅度誤差為
，相位誤差為Φ；根據(jù)余弦定理，誤差矢量誤差的表達式為：
（1）從而單個符號的EVM為：
(2)EVM的最終測量值為：
(3)綜上可知，EVM的大小由相位噪聲和幅度誤差的大小共同決定（見圖6）。
圖6 誤差矢量幅度及相關(guān)矢量歸一化示意圖
在單載波網(wǎng)絡(luò)中， EVM產(chǎn)生的原因是因為在射頻單元器件中存在本振泄露、本振相位噪聲和功放非線性失真。
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