精品文檔-下載后可編輯LTE系統(tǒng)技術(shù)剖析與eNodeB測(cè)試方案探討

1引言

隨著個(gè)人通信技術(shù)在20多年中不斷發(fā)展成熟，人們?cè)谏钪袑?duì)無(wú)線通信的依賴(lài)越來(lái)越強(qiáng)，目前，的移動(dòng)語(yǔ)音用戶已超過(guò)了18億[1]。同時(shí)，眾多的使用者也對(duì)個(gè)人通信技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求：通信設(shè)備的微型化、低功耗、高帶寬、快速接入和多媒體化。而關(guān)鍵的是能被廣大用戶負(fù)擔(dān)得起的廉價(jià)終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

早在90年代初期，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）就開(kāi)始為3G標(biāo)準(zhǔn)征求技術(shù)方案。并雄心勃勃的把3G技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)之為UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem），意即通用移動(dòng)通信系統(tǒng)。寬帶CDMA（帶寬5MHz）建議是其多種方案之一。其后，日本的積極參與極大地推動(dòng)了3G標(biāo)準(zhǔn)的化步伐。在1998年，日本和歐洲在寬帶CDMA建議的關(guān)鍵參數(shù)上取得一致使之正式成為UMTS體系中FDD（頻分雙工）頻段的空中接口的入選技術(shù)方案，并由此通稱(chēng)為WCDMA。W即寬帶，以有別于源于北美的窄帶CDMA（帶寬1.25MHz）標(biāo)準(zhǔn)。

LTE采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延，低復(fù)雜度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比，LTE減少了RNC節(jié)點(diǎn)。名義上LTE是對(duì)3G的演進(jìn)，但事實(shí)上它對(duì)3GPP的整個(gè)體系架構(gòu)作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

LTE系統(tǒng)中eNodeB測(cè)試關(guān)注點(diǎn)LTE系統(tǒng)獨(dú)特的特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了LTE系統(tǒng)的高速率、低時(shí)延和分組的需求。4LTE系統(tǒng)中eNodeB測(cè)試挑戰(zhàn)在LTE基站eNodeB型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)上市之前，需要進(jìn)行完備的基站設(shè)備測(cè)試（包括軟件測(cè)試、硬件測(cè)試以及無(wú)線指標(biāo)測(cè)試），將涵蓋LTE的協(xié)議一致性測(cè)試、無(wú)線性能指標(biāo)一致性測(cè)試、無(wú)線資源管理的一致性測(cè)試和端到端的業(yè)務(wù)驗(yàn)證測(cè)試等，這些組成了eNodeB測(cè)試的基礎(chǔ)。

2LTE系統(tǒng)的新技術(shù)

LTE是長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LongTermEvolution）的簡(jiǎn)稱(chēng)，為是目前在市場(chǎng)上備受矚目的新一代行動(dòng)無(wú)線寬頻技術(shù)，它可以讓服務(wù)供應(yīng)商透過(guò)較為經(jīng)濟(jì)的方式提供無(wú)線寬頻服務(wù)，并超越現(xiàn)今3G無(wú)線網(wǎng)路的效能、帶來(lái)更優(yōu)異的表現(xiàn)。LTE已正式被第三代行動(dòng)通訊組織（ThirdGenerationPartnershipProject，簡(jiǎn)稱(chēng)3GPP）列為全新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。LTE除了能夠針對(duì)無(wú)線寬頻數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出化的性能，它另一項(xiàng)特色是能與GSM服務(wù)供應(yīng)商的網(wǎng)路相容，無(wú)論這些服務(wù)供應(yīng)商是否已經(jīng)部署UMTS技術(shù)，都可進(jìn)行添增LTE的營(yíng)運(yùn)規(guī)劃。

3GPP對(duì)LTE項(xiàng)目的工作大體分為兩個(gè)時(shí)間段：2022年3月到2022年6月為SI（StudyItem）階段，完成可行性研究；2022年6月到2022年6月為WI（WorkItem）階段，完成技術(shù)的規(guī)范工作。在2022年中期完成LTE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定（3GPPR7），在2022年或2022年推出商用產(chǎn)品。就目前的進(jìn)展來(lái)看，發(fā)展比計(jì)劃滯后了大概3個(gè)月[1]，但經(jīng)過(guò)3GPP組織的努力，LTE的系統(tǒng)框架大部分已經(jīng)完成。

LTE采用由NodeB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延，低復(fù)雜度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比，LTE減少了RNC節(jié)點(diǎn)。名義上LTE是對(duì)3G的演進(jìn)，但事實(shí)上它對(duì)3GPP的整個(gè)體系架構(gòu)作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3GPP初步確定LTE的架構(gòu)如圖1所示，也叫演進(jìn)型UTRAN結(jié)構(gòu)（E-UTRAN）[3]。接入網(wǎng)主要由演進(jìn)型NodeB（eNB）和接入網(wǎng)關(guān)（aGW）兩部分構(gòu)成。aGW是一個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)，若將其視為網(wǎng)的一部分，則接入網(wǎng)主要由eNB一層構(gòu)成。eNB不僅具有原來(lái)NodeB的功能外，還能完成原來(lái)RNC的大部分功能，包括物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、接入控制、承載控制、接入移動(dòng)性管理和Inter-cellRRM等。NodeB和NodeB之間將采用網(wǎng)格（Mesh）方式直接互連，這也是對(duì)原有UTRAN結(jié)構(gòu)的重大修改。

LTE系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與HSPA系統(tǒng)的對(duì)比參見(jiàn)表1。

表1LTE系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

為了達(dá)到高數(shù)據(jù)速率和高頻譜利用率，LTE系統(tǒng)在上下行分別利用了SC-FDMA和OFDM調(diào)制技術(shù)。它們將整個(gè)系統(tǒng)帶寬分裂為大量子載波，并支持多種調(diào)制方式如QPSK，16QAM及64QAM。LTE系統(tǒng)同時(shí)指定了MIMO技術(shù)的不同模式，適應(yīng)于不同的信噪比條件。LTE工作頻率從700MHz到3GHz，信道帶寬從1.5MHz到20MHz，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供了靈活的頻帶配置方式。LTE系統(tǒng)引入的新技術(shù)總結(jié)如下：

2.1OFDM/OFDMA

LTE中傳輸技術(shù)采用OFDM調(diào)制技術(shù)，其原理是將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率較低的若干個(gè)相互正交的子信道中進(jìn)行并行傳輸。由于每個(gè)子信道中的符號(hào)周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無(wú)線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的影響。在OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔，使保護(hù)間隔大于無(wú)線信道的時(shí)延擴(kuò)展，從而限度地消除由多徑引起的符號(hào)間干擾（ISI）。在LTE系統(tǒng)中采用循環(huán)前綴CP（CyclicPrefix）作為保護(hù)間隔，CP的長(zhǎng)度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。長(zhǎng)CP利于克服多徑干擾，支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力下降。3GPP定義了長(zhǎng)短兩套循環(huán)前綴方案，根據(jù)具體的使用場(chǎng)景進(jìn)行選擇；短CP方案為基本項(xiàng)，長(zhǎng)CP方案用于支持LTE系統(tǒng)中大范圍覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。

LTE規(guī)定了下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA的多址方案，這保證了使用不同頻譜資源用戶間的正交性。OFDMA中一個(gè)傳輸符號(hào)包括并行傳輸?shù)腗個(gè)正交的子載波，而在SC-FDMA機(jī)制中M個(gè)正交子載波以串行方式進(jìn)行傳輸，降低了信號(hào)較大的幅度波動(dòng)，降低了峰功比。

此外，為了保證上行多用戶之間的正交性，要求各用戶的上行信號(hào)在CP長(zhǎng)度的誤差范圍之內(nèi)同時(shí)到達(dá)eNodeB，因此eNodeB需要根據(jù)用戶遠(yuǎn)近位置來(lái)調(diào)整各用戶的發(fā)射時(shí)間。

LTE系統(tǒng)對(duì)OFDM子載波的調(diào)度方式也更加靈活，具有集中式和分布式兩種，并靈活地在這兩種方式間相互轉(zhuǎn)化。上行除了采用這種調(diào)度機(jī)制之外，還可以采用競(jìng)爭(zhēng)（Contention）機(jī)制。

2.2MIMO

所謂的MIMO，就字面上看到的意思，是MultipleInputMultipleOutput的縮寫(xiě)，大部分您所看到的說(shuō)法，都是指無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)通過(guò)多重天線進(jìn)行同步收發(fā)，所以可以增加資料傳輸率。然而比較正確的解釋?zhuān)瑧?yīng)該是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)資料通過(guò)多重切割之后，經(jīng)過(guò)多重天線進(jìn)行同步傳送，由于無(wú)線訊號(hào)在傳送的過(guò)程當(dāng)中，為了避免發(fā)生干擾起見(jiàn)，會(huì)走不同的反射或穿透路徑，因此到達(dá)接收端的時(shí)間會(huì)不一致。

2.3E-MBMS

3GPP提出的廣播組播業(yè)務(wù)不僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享，還提高了空中接口資源的利用率。LTE系統(tǒng)的增強(qiáng)型廣播組播業(yè)務(wù)E-MBMS（EnhancedMultimediaBroadcast/MulticastService）不僅實(shí)現(xiàn)了純文本低速率的消息類(lèi)組播和廣播，更重要的是實(shí)現(xiàn)了高速多媒體業(yè)務(wù)的組播和廣播。為此，對(duì)UTRA做出了相應(yīng)的改動(dòng)：增加了廣播組播業(yè)務(wù)中心網(wǎng)元（BM-SC），主要負(fù)責(zé)建立、控制網(wǎng)中的MBMS的傳輸承載，MBMS傳輸?shù)恼{(diào)度和傳送，向終端設(shè)備提供業(yè)務(wù)通知；定義了相關(guān)邏輯信道用于支持E-MBMS。

從業(yè)務(wù)模式上，MBMS定義了兩種模式，即廣播模式和組播模式。這兩種模式在業(yè)務(wù)需求上不同，導(dǎo)致其業(yè)務(wù)建立的流程也不同。

從操作方式上，單頻網(wǎng)（SFN，SameFrequencyNetwork）和非單頻網(wǎng)操作共存于同一小區(qū)，其中單頻網(wǎng)操作將支持多小區(qū)傳送；非單頻網(wǎng)操作只支持單小區(qū)傳送。

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上，3GPP定義了兩種網(wǎng)絡(luò)部署：一種是LTEE-MBMS與LTE單播系統(tǒng)共用載波；另一種部署方式是LTEE-MBMS采用專(zhuān)用下行載波。專(zhuān)用載波方式將以5MHz帶寬為基本項(xiàng)，也將支持其他帶寬的專(zhuān)用載波的能力，但不能支持多種帶寬共存的模式。在廣播模式下，5MHz的帶寬至少支持16個(gè)頻道，每頻道達(dá)300kbit/s的速率，小區(qū)邊緣的頻譜效率為1bit/s/Hz。

2.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議

LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與UTRAN相比，去掉了RNC，而只由若干個(gè)eNodeB組成，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)并減少時(shí)延。多個(gè)eNodeB通過(guò)X2接口相互連接，eNodeB通過(guò)S1接口連接到演進(jìn)型分組EPC（Evolved

PocketCore）。具體來(lái)講，S1-MME接口連接到移動(dòng)性管理實(shí)體MME（MobileManagementEntity），S1-U接口連接到SAE網(wǎng)關(guān)，其中S1接口支持eNodeB和MME/SAE網(wǎng)關(guān)之間多對(duì)多鏈接（見(jiàn)圖1）。eNodeB的功能在原有NodeB功能的基礎(chǔ)上，增加了RNC物理層，MAC層，RRC，調(diào)度，接入控制，承載控制，移動(dòng)性管理和inter-cellRRM等功能。

圖1LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE系統(tǒng)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)與URTAN同樣分為用戶面（PDCP/RLC/MAC/PHY）和控制面（RRC）協(xié)議。層2包括媒體接入控制協(xié)議（MAC）、無(wú)線鏈路控制協(xié)議（RLC），以及分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）；層3包括無(wú)線資源控制協(xié)議（RRC）。空中接口的層1和層2協(xié)議在用戶設(shè)備和eNodeB中終止；控制平面中的層3協(xié)議也在用戶設(shè)備和eNodeB中終止；控制平面的非接入層（NAS）協(xié)議在用戶設(shè)備和網(wǎng)的移動(dòng)管理實(shí)體（MME）中終止（見(jiàn)圖2）。

圖2LTE系統(tǒng)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

LTE系統(tǒng)中的無(wú)線資源控制（RRC）狀態(tài)相比于UTRA系統(tǒng)也簡(jiǎn)化了許多，只包含RRC_IDLE，RRC_ACTIVE和RRC_DETACHED3種。在aGW網(wǎng)元中，UE的上下文必須區(qū)分這3種狀態(tài)，而在E-NodeB中合并了原先的多種狀態(tài)只保留RRC_ACTIVE狀態(tài)的UE上下文。

2.5其他

為了提高小區(qū)容量及邊緣的傳輸速率，LTE系統(tǒng)提出了小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機(jī)制，并設(shè)計(jì)了靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)以及動(dòng)態(tài)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。在功率控制機(jī)制上，設(shè)定小區(qū)邊緣用戶的目標(biāo)SINR（信噪比）低于小區(qū)中心的目標(biāo)SINR，進(jìn)一步減少對(duì)相鄰小區(qū)邊緣用戶干擾，從而獲得更大的系統(tǒng)容量。

為了實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的目標(biāo)，LTE系統(tǒng)大的小區(qū)搜索過(guò)程和隨機(jī)接入過(guò)程做了相應(yīng)的簡(jiǎn)化，并提供了更加靈活的形式。

為了實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有3GPP和非3GPP的兼容，LTE系統(tǒng)采用快速小區(qū)選擇（即快速硬切換）方法實(shí)現(xiàn)不同頻段之間各系統(tǒng)間的切換，實(shí)現(xiàn)更好的地域覆蓋和無(wú)縫切換；此外，網(wǎng)的設(shè)計(jì)也發(fā)生了相應(yīng)的改變，增加了SAE和3GPP模塊，實(shí)現(xiàn)了LTE系統(tǒng)與3GPP和非3GPP系統(tǒng)的兼容。

LTE系統(tǒng)提出了上下行多種不同的參考信號(hào)RS（Referencesignal），不同的參考信號(hào)在子幀中有不同的位置和配置，實(shí)現(xiàn)不同的導(dǎo)頻功能，以及不同模式下的信道質(zhì)量測(cè)量。

3GPP從“系統(tǒng)性能要求”、“網(wǎng)絡(luò)的部署場(chǎng)景”、“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”、“業(yè)務(wù)支持能力”等方面對(duì)LTE進(jìn)行了詳細(xì)的描述。與3G相比，LTE具有如下技術(shù)特征[2][3]：

（1）通信速率有了提高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。

（2）提高了頻譜效率，下行鏈路5（bit/s）/Hz，（3--4倍于R6HSDPA）；上行鏈路2.5（bit/s）/Hz，是R6HSU-PA2--3倍。

（3）以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上將基于分組交換。

（4）QoS保證，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的QoS機(jī)制，保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如VoIP）的服務(wù)質(zhì)量。

（5）系統(tǒng)部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬，并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配。保證了將來(lái)在系統(tǒng)部署上的靈活性。

（6）降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)延：子幀長(zhǎng)度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問(wèn)題并降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，時(shí)延可達(dá)U-plan5ms，C-plan100ms。

（7）增加了小區(qū)邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特速率。如MBMS（多媒體廣播和組播業(yè)務(wù)）在小區(qū)邊界可提供1bit/s/Hz的數(shù)據(jù)速率。

（8）強(qiáng)調(diào)向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。

與3G相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在：高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。

綜上所述，LTE系統(tǒng)相比于UTRA系統(tǒng)引進(jìn)了多項(xiàng)新技術(shù)，發(fā)生了根本性的變革，因此對(duì)LTE系統(tǒng)中eNodeB設(shè)備的測(cè)試也將面臨著很多新的挑戰(zhàn)。在測(cè)試用例方面，將增加很多新的用例用于覆蓋并驗(yàn)證LTE系統(tǒng)中新的技術(shù)及配置；相應(yīng)地，測(cè)試方法也將發(fā)生新的變化。

3LTE系統(tǒng)中eNodeB測(cè)試關(guān)注點(diǎn)

LTE系統(tǒng)獨(dú)特的特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了LTE系統(tǒng)的高速率、低時(shí)延和分組的需求。然而為了保證LTE系統(tǒng)中eNodeB設(shè)備真正具有這些新功能及技術(shù)指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試有效性的提高，我們對(duì)eNodeB關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的測(cè)試勢(shì)在必行。我們對(duì)eNodeB測(cè)試的關(guān)注點(diǎn)主要在于：

（1）LTE系統(tǒng)中子載波之間的正交性是高速率性能得以實(shí)現(xiàn)的前提，也是接收端正確接收的根本保證。因此，LTE系統(tǒng)中必須要保證OFDM子載波之間的正交性以及上行各用戶所占用子載波之間的正交性，這也將是eNodeB的測(cè)試重點(diǎn)之一。

（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(duì)eNodeB設(shè)備中MIMO不同模式的測(cè)試也將是保證LTE系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)的必要測(cè)試。

（3）LTE系統(tǒng)引入了多載波技術(shù)，LTE系統(tǒng)對(duì)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(cè)試項(xiàng)之一。

（4）LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機(jī)制也是LTE系統(tǒng)的顯著技術(shù)特征，因此驗(yàn)證多個(gè)eNodeB設(shè)備之間干擾協(xié)調(diào)的測(cè)試也是必須的。

（5）對(duì)eNodeB測(cè)試還將包括驗(yàn)證E-MBMS的實(shí)現(xiàn)及其在各個(gè)小區(qū)之間的切換。

4LTE系統(tǒng)中eNodeB測(cè)試挑戰(zhàn)

在LTE基站eNodeB型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)上市之前，需要進(jìn)行完備的基站設(shè)備測(cè)試（包括軟件測(cè)試、硬件測(cè)試以及無(wú)線指標(biāo)測(cè)試），將涵蓋LTE的協(xié)議一致性測(cè)試、無(wú)線性能指標(biāo)一致性測(cè)試、無(wú)線資源管理的一致性測(cè)試和端到端的業(yè)務(wù)驗(yàn)證測(cè)試等，這些組成了eNodeB測(cè)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(jì)及測(cè)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(xiàng)關(guān)鍵新技術(shù)，因此在研發(fā)過(guò)程中，eNodeB測(cè)試也將需要全新的測(cè)試平臺(tái)、測(cè)試用例及測(cè)試方法。

在eNodeB設(shè)備測(cè)試中，對(duì)上下行信道和信號(hào)的測(cè)試是必不可少的。帶有LTE選件的信號(hào)發(fā)生器可以用來(lái)產(chǎn)生上行信號(hào)，頻譜分析儀可以用來(lái)檢驗(yàn)下行信號(hào)。MIMO是LTE系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)之一，因此信號(hào)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(cè)試也可利用信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀完成。完整的LTE測(cè)試還將包括協(xié)議和物理層的測(cè)試，這個(gè)過(guò)程需要上下行的交互，例如HARQ，RACH過(guò)程。系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試環(huán)境是真實(shí)的終端和eNodeB通過(guò)真實(shí)的無(wú)線環(huán)境連接在一起，eNodeB還將連接到真實(shí)的網(wǎng)實(shí)體。在測(cè)試初期，LTE協(xié)議測(cè)試也可以采用模擬的終端和網(wǎng)實(shí)體，采用信道模擬器模擬設(shè)備在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)中央及邊緣位置的信號(hào)強(qiáng)度的模擬，從而減小實(shí)地測(cè)量的需求。LTE的協(xié)議層測(cè)試與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不同之處在于，無(wú)線資源控制（RRC）狀態(tài)，以及aGW網(wǎng)元和eNodeB對(duì)UE上下文RCC狀態(tài)的保留。因此，為了能夠測(cè)試這些不同的特征，需要靈活的測(cè)試設(shè)備，并提供一個(gè)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)共存，為了達(dá)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(wú)縫切換變得至關(guān)重要。eNodeB必須支持與GSM（移動(dòng)通信系統(tǒng)）/EDGE（增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)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(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)eNodeB的測(cè)試。此外，LTE是一個(gè)全I(xiàn)P網(wǎng)，需要端到端應(yīng)用程序測(cè)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(duì)于業(yè)務(wù)應(yīng)用的測(cè)試也較以前更加重要、復(fù)雜。完備的eNodeB測(cè)試環(huán)境如圖3所示。如果采用模擬的測(cè)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/網(wǎng)的加載測(cè)試應(yīng)用程序等，模擬的完全測(cè)試環(huán)境如圖4所示。因此，eNodeB全備的測(cè)試環(huán)境及測(cè)試內(nèi)容將包括：

圖3LTEeNodeB設(shè)備測(cè)試完整環(huán)境

圖4LTE基站設(shè)備測(cè)試的模擬測(cè)試環(huán)境

（1）連接所有的網(wǎng)絡(luò)單元并驗(yàn)證所有的接口。

●eNodeB設(shè)備測(cè)試：eNodeB作為被測(cè)設(shè)備，利用真實(shí)的eNodeB，MMEs，aGW和UE或采用模擬的設(shè)備。

●互操作性測(cè)試：LTEMME與UTRAN和GERAN網(wǎng)絡(luò)。

（2）語(yǔ)音、多媒體和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

●語(yǔ)音業(yè)務(wù)AMRNB/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（qualityofservice）分析。

●QoE（qualityofequipment）測(cè)量。

（3）對(duì)eNodeB設(shè)備的軟件、硬件及無(wú)線指標(biāo)測(cè)試。

（4）負(fù)面測(cè)試：驗(yàn)證系統(tǒng)在錯(cuò)誤條件下的行為。

（5）安全性驗(yàn)證。

5LTE系統(tǒng)中eNodeB的測(cè)試用例及測(cè)試方法

為了保證無(wú)線通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行覆蓋各個(gè)方面的測(cè)試。完整的基站設(shè)備測(cè)試包括無(wú)線指標(biāo)測(cè)試、軟件測(cè)試和硬件測(cè)試，其中軟件測(cè)試又包括基本接口測(cè)試，操作維護(hù)測(cè)試以及功能測(cè)試（見(jiàn)圖5）。無(wú)線指標(biāo)測(cè)試、軟件測(cè)試以及硬件測(cè)試彼此相互補(bǔ)充，缺一不可，共同決定著無(wú)線通信系統(tǒng)基站設(shè)備使用性能的驗(yàn)證。LTE系統(tǒng)中eNodeB設(shè)備的全備性測(cè)試也包括上述幾類(lèi)測(cè)試內(nèi)容。

圖5基站設(shè)備測(cè)試的分層結(jié)構(gòu)

基站的完全測(cè)試會(huì)根據(jù)不同通信系統(tǒng)的特征而有不同的測(cè)試方法和測(cè)試用例，但由于無(wú)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(hù)機(jī)制，并且無(wú)線電波具有固有的無(wú)線電磁波特性，因此基站設(shè)備的完全測(cè)試具有相同的基本測(cè)試原理，存在著部分通用的測(cè)試方法和測(cè)試用例。由于LTE系統(tǒng)中eNodeB具有一些前所未有的性能和技術(shù)特點(diǎn)，因此在測(cè)試用例及相應(yīng)測(cè)試方法上也具有獨(dú)特的需求。

5.1無(wú)線指標(biāo)測(cè)試

無(wú)線指標(biāo)測(cè)試包括發(fā)射端和接收端的測(cè)試。在發(fā)射端，考察信號(hào)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(hào)調(diào)制質(zhì)量的好壞會(huì)影響接收端的解調(diào)能力，因此必須對(duì)調(diào)制質(zhì)量進(jìn)行全方位的評(píng)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(cè)量接收機(jī)在各種干擾情況下的接收靈敏度。LTE系統(tǒng)作為無(wú)線通信系統(tǒng)的一種，eNodeB的無(wú)線指標(biāo)測(cè)試包括無(wú)線通信系統(tǒng)所要求的上述常規(guī)測(cè)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(cè)試過(guò)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(huì)導(dǎo)致測(cè)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(huì)受到較大的干擾。因此，在上行測(cè)試用例中占用資源塊的位置必須有多種配置以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)信道帶寬所有子載波的覆蓋，測(cè)試是否所有子載波都滿足規(guī)范要求無(wú)線性能指標(biāo)。

OFDM子載波間的正交性是LTE系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的前提保證，因此在無(wú)線指標(biāo)測(cè)試中將全面考察OFDM子載波正交性，OFDM符號(hào)同步程度以及采樣同步情況。這些特征將共同影響信號(hào)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(hào)同步及采樣同步的誤差，使得LTE系統(tǒng)中的信號(hào)調(diào)制質(zhì)量相比于單載波網(wǎng)絡(luò)會(huì)更加惡化。因此，調(diào)制質(zhì)量將成為基站設(shè)備測(cè)試中為重視的測(cè)試項(xiàng)之一。

下文將以調(diào)制質(zhì)量的測(cè)試作為討論重點(diǎn)，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(cè)量結(jié)果的因素，并在此基礎(chǔ)上提出有效的測(cè)試方法建議。

通常用來(lái)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(cè)試項(xiàng)為符號(hào)EVM，符號(hào)EVM的測(cè)試將考慮具體的信道配置情況，分析信號(hào)失真對(duì)不同傳輸速率下的專(zhuān)用物理信道的影響。

設(shè)Z為實(shí)際發(fā)射的符號(hào)矢量；S為理想基準(zhǔn)信號(hào)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(dá)式為：（1）

從而單個(gè)符號(hào)的EVM為：（2）

EVM的終測(cè)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(jiàn)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?yàn)樵谏漕l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。

圖7描述了基站設(shè)備中常用的微波放大器的幅相轉(zhuǎn)移特性。由圖可見(jiàn)，輸出信號(hào)的相位隨輸入信號(hào)功率的增大會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的相位失真。因此，不同振幅的電平將產(chǎn)生不同的相位偏移，造成不同程度的相位失真，從而影響EVM的測(cè)量值。

圖7實(shí)際測(cè)量的微波放大器的幅相特性

EVM并不是一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)指標(biāo)，它除了由實(shí)際電路的非理想因素決定之外，還受發(fā)射功率，本振電平功率的影響。為了有效評(píng)估硬件設(shè)備的非理想因素，需要將EVM指標(biāo)與功率結(jié)合起來(lái)考慮，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制質(zhì)量的高效測(cè)試。

為了保證LTE系統(tǒng)的正常工作并為高速率傳輸提供保障，在eNodeB設(shè)備的無(wú)線指標(biāo)測(cè)試中，應(yīng)充分重視有效的EVM指標(biāo)測(cè)量方法，因此本文對(duì)相關(guān)的測(cè)試方法提出了新的建議。

在射頻單元的功率效率測(cè)試用例中，應(yīng)在滿足規(guī)范要求的EVM指標(biāo)的條件下，計(jì)算射頻單元的功率效率，這避免了犧牲功率效率，降低相位失真程度而換取EVM指標(biāo)的提高。在發(fā)射功率、總功率的動(dòng)態(tài)范圍以及頻率模版、鄰信道泄露功率比的測(cè)試用例中，應(yīng)在滿足規(guī)范要求的EVM指標(biāo)的條件下，分別測(cè)試上述用例。在EVM指標(biāo)的測(cè)試用例中，為了保證測(cè)試結(jié)果的有效性，并能真實(shí)反映硬件設(shè)備的非理想特征，應(yīng)在保證功率效率的前提下，規(guī)定本振功率，測(cè)量EVM指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。表2表示了本文所建議的各項(xiàng)測(cè)試用例的新測(cè)試方法。

表2LTE系統(tǒng)中關(guān)鍵無(wú)線指標(biāo)測(cè)試用例及測(cè)試方法

LTE系統(tǒng)由于采用了多載波調(diào)制技術(shù)，使得EVM指標(biāo)相對(duì)于單載波網(wǎng)絡(luò)更加難以改善。子載波的頻譜相互重疊的特點(diǎn)對(duì)子載波間的正交性提出了嚴(yán)格的要求，信道中存在的多普勒頻移，以及發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本振之間的頻差，都會(huì)引起頻率偏移，導(dǎo)致子載波間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生子載波間干擾（ICI）。由于OFDM符號(hào)周期較長(zhǎng)，對(duì)本振相位噪聲更為敏感。本振的相位噪聲會(huì)導(dǎo)致子載波間正交性的喪失，它將引入公共相位誤差（CPE）和子載波間干擾（ICI），導(dǎo)致LTE系統(tǒng)性能下降。這些都將進(jìn)一步惡化EVM指標(biāo)。因此，3GPP對(duì)于EVM的指標(biāo)要求也略微不如UTRA嚴(yán)格：基于QPSK調(diào)制信號(hào)的EVM指標(biāo)從17.5%增加到18.5%，基于16QAM調(diào)制信號(hào)的EVM指標(biāo)從12.5%增加到13.5%。此外，LTE系統(tǒng)中EVM的值更依賴(lài)于在放大器輸入端OFDM符號(hào)的輸入功率，而與子載波的調(diào)制方式無(wú)關(guān)；但不同的調(diào)制方式對(duì)接收端的靈敏度影響不同；因此上述QPSK和16QAM的EVM指標(biāo)略有差別，但各調(diào)制方式的EVM指標(biāo)不會(huì)有太大差異。

5.2軟件測(cè)試

基站設(shè)備的軟件測(cè)試內(nèi)容包括基站與外部設(shè)備的接口測(cè)試，基本功能測(cè)試以及操作維護(hù)測(cè)試。接口測(cè)試包括基站設(shè)備與網(wǎng)之間的接口測(cè)試，以及基站設(shè)備之間的接口測(cè)試。接口的功能是正確傳遞用戶，基站以及網(wǎng)之間的交互信息，并建立無(wú)線接入承載，處理用戶上下文?；竟δ軠y(cè)試包括物理層及高層關(guān)鍵技術(shù)的測(cè)試和性能測(cè)試（如峰值吞吐量和時(shí)延測(cè)試等）。此外，基站設(shè)備作為一項(xiàng)產(chǎn)品，操作維護(hù)系統(tǒng)是必不可少的。操作維護(hù)系統(tǒng)將包括可視化圖形界面和完善的用戶操作手冊(cè)。對(duì)基站設(shè)備的操作維護(hù)測(cè)試就是對(duì)上述操作維護(hù)系統(tǒng)的功能分別進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證操作維護(hù)系統(tǒng)的功能完備性。

eNodeB的軟件測(cè)試也包括上述幾項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容，但由于接口測(cè)試和操作維護(hù)測(cè)試與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基本相似，因此本節(jié)將針對(duì)eNodeB的測(cè)試關(guān)注點(diǎn)介紹基本功能測(cè)試的測(cè)試用例及測(cè)試方法。eNodeB的基本功能測(cè)試包括基本業(yè)務(wù)測(cè)試和特性測(cè)試，其中基本業(yè)務(wù)測(cè)試的測(cè)試方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相同，由于eNodeB又具有了傳統(tǒng)RNC的部分功能，因此基本業(yè)務(wù)測(cè)試的關(guān)注點(diǎn)在于eNodeB的功能實(shí)現(xiàn)。eNodeB的特性測(cè)試的具體測(cè)試用例及方法實(shí)例如表3所示。

表3LTE系統(tǒng)中基本功能測(cè)試的關(guān)鍵測(cè)試用例及測(cè)試方法

5.3硬件測(cè)試

在通常情況下，基站設(shè)備重要的硬件組成部分是基帶單元和射頻單元，此外還包括操作維護(hù)平臺(tái)以及可調(diào)電源等?；驹O(shè)備的硬件測(cè)試主要包括基帶單元和射頻單元的功能測(cè)試?；鶐卧臏y(cè)試包括，基帶單元所支持的扇區(qū)數(shù)或基帶單元所能支持的射頻單元的數(shù)目；基帶單元所支持的調(diào)制方式是否滿足系統(tǒng)需求；對(duì)于同步通信系統(tǒng)，需要驗(yàn)證不同基站設(shè)備的基帶單元之間是否同步，是否與GPS同步等。射頻單元的測(cè)試包括，射頻單元的工作頻帶和帶寬，在該工作頻帶和帶寬內(nèi)是否能建立與終端的無(wú)線鏈接，是否能調(diào)度該帶寬內(nèi)的資源；射頻單元的總射頻輸出功率是否滿足規(guī)范的規(guī)定值；射頻單元的功率效率等。此外，硬件測(cè)試還包括基帶單元與射頻單元之間接口測(cè)試。

LTE的提出使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商面臨著eNodeB站點(diǎn)選擇及配置的嚴(yán)峻問(wèn)題，因此eNodeB與2G，3G基站共站、共址成為了解決方案。但是，eNodeB與2G，3G基站之間的干擾問(wèn)題成為了亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此，在LTE系統(tǒng)中eNodeB的硬件測(cè)試中，共站、共址條件之間的抗干擾性能是重要的測(cè)試項(xiàng)之一。此外，有研究提出，在多種通