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摘要 提出了EVM測試方法的新建議；針對LTE系統(tǒng)中的MIMO技術特點提出了新的測試用例和測試方法實現；對其他測試用例及方法進行了探討和建議。
1 引言
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 系統(tǒng)的廣泛應用滿足了用戶對數據業(yè)務的需求，有效提高了通話質量和數據速率。然而，寬帶接入技術的出現及普及，Wi-Fi，WiMAX系統(tǒng)高數據速率的優(yōu)勢，對UMTS系統(tǒng)帶來很大的沖擊。這使得UMTS系統(tǒng)數據速率不高、時延較長、網絡結構復雜等不足愈加明顯。因此，3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出的UMTS的長期演進計劃(LTE)，通過提供一個以高速率和低時延為特征的分組優(yōu)化系統(tǒng)來保證UMTS在未來10年的競爭力和領先性。
為實現此目標，LTE系統(tǒng)相對于UMTS系統(tǒng)引進了多項關鍵新技術，這使得LTE系統(tǒng)在物理層技術，網絡結構及協議架構等方面都發(fā)生了相應的改進，并且核心網也需要相應的升級來支持LTE系統(tǒng)。因此，LTE系統(tǒng)不僅是對UMTS系統(tǒng)的演進。LTE系統(tǒng)中eNodeB設備的測試工作也具有更高的挑戰(zhàn)。測試作為移動通信產業(yè)鏈中重要的一環(huán)，位于產業(yè)鏈的上游，是整個無線通信系統(tǒng)正常工作與維護的根本保證。因此，對eNodeB設備的測試方法及測試用例的研究勢在必行。
2 LTE系統(tǒng)的核心新技術
LTE是3GPP為適應時代需求而提出的新的移動寬帶接入標準，為此3GPP規(guī)定了LTE系統(tǒng)的各項技術指標并引入了多項核心新技術。
LTE系統(tǒng)的主要技術指標與HSPA系統(tǒng)的對比參見表1。
表1 LTE系統(tǒng)的主要技術指標
為了達到高數據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調制技術。它們將整個系統(tǒng)帶寬分裂為大量子載波，并支持多種調制方式如QPSK，16QAM及64QAM。LTE系統(tǒng)同時指定了MIMO技術的不同模式，適應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，為網絡運營商提供了靈活的頻帶配置方式。LTE系統(tǒng)引入的核心新技術總結如下：
2.1 OFDM/OFDMA
LTE中傳輸技術采用OFDM調制技術，其原理是將高速數據流通過串并變換，分配到傳輸速率較低的若干個相互正交的子信道中進行并行傳輸。由于每個子信道中的符號周期會相對增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時延擴展產生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的影響。在OFDM符號之間插入保護間隔，使保護間隔大于無線信道的最大時延擴展，從而最大限度地消除由多徑引起的符號間干擾(ISI)。在LTE系統(tǒng)中采用循環(huán)前綴CP (Cyclic Prefix)作為保護間隔，CP的長度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。長CP利于克服多徑干擾，支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開銷會相應增加，導致數據傳輸能力下降。3GPP定義了長短兩套循環(huán)前綴方案，根據具體的使用場景進行選擇；短CP方案為基本項，長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。
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中一個傳輸符號包括并行傳輸的M個正交的子載波，而在SC-FDMA機制中M個正交子載波以串行方式進行傳輸，降低了信號較大的幅度波動，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在CP長度的誤差范圍之內同時到達eNodeB，因此eNodeB需要根據用戶遠近位置來調整各用戶的發(fā)射時間。
LTE系統(tǒng)對OFDM子載波的調度方式也更加靈活，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化。上行除了采用這種調度機制之外，還可以采用競爭(Contention)機制。
2.2 MIMO
MIMO技術是提高系統(tǒng)速率的主要手段，LTE系統(tǒng)分別支持適應于宏小區(qū)、微小區(qū)、熱點等各種環(huán)境的MIMO技術。 基本的MIMO模型是下行2×2，上行1×2天線陣列，LTE發(fā)展后期會支持4×4的天線配置。目前，下行MIMO模式包括波束成行，發(fā)射分集和空間復用，這3種模式適用于不同的信噪比條件并可以相互轉化。波束成型和發(fā)射分集適用于信噪比條件不高的場景中，用于小區(qū)邊緣用戶有利于提高小區(qū)的覆蓋范圍；空間復用模式適用于信噪比較高的場景中，用于提高用戶的峰值速率。在空間復用模式中同時發(fā)射的碼流數量最大可達4；空間復用模式還包括SU-MIMO(單用戶)和MU-MIMO(多用戶)，兩種模式之間的切換由eNodeB決定。上行MIMO模式中根據是否需要eNodeB的反饋信息，分別設置開環(huán)或閉環(huán)的傳輸模式。
2.3 E-MBMS
3GPP提出的廣播組播業(yè)務不僅實現了網絡資源的共享，還提高了空中接口資源的利用率。LTE系統(tǒng)的增強型廣播組播業(yè)務E-MBMS(Enhanced Multimedia Broadcast/Multicast Service)不僅實現了純文本低速率的消息類組播和廣播，更重要的是實現了高速多媒體業(yè)務的組播和廣播。為此，對UTRA做出了相應的改動：增加了廣播組播業(yè)務中心網元(BM-SC)，主要負責建立、控制核心網中的MBMS的傳輸承載，MBMS傳輸的調度和傳送，向終端設備提供業(yè)務通知；定義了相關邏輯信道用于支持E-MBMS。
從業(yè)務模式上，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)務需求上不同，導致其業(yè)務建立的流程也不同。
從操作方式上，單頻網(SFN，Same Frequency Network)和非單頻網操作共存于同一小區(qū)，其中單頻網操作將支持多小區(qū)傳送；非單頻網操作只支持單小區(qū)傳送。
在網絡規(guī)劃上，3GPP定義了兩種網絡部署：一種是LTE E-MBMS與LTE 單播系統(tǒng)共用載波；另一種部署方式是LTE E-MBMS 采用專用下行載波。專用載波方式將以5MHz帶寬為基本項，也將支持其他帶寬的專用載波的能力，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個頻道，每頻道達300kbit/s的速率，小區(qū)邊緣的頻譜效率為1bit/s/Hz。
2.4 網絡結構及協議
LTE系統(tǒng)的網絡結構與UTRAN相比，去掉了RNC，而只由若干個eNodeB組成，簡化網絡并減少時延。多個eNodeB通過X2接口相互連接，eNodeB通過S1接口連接到演進型分組核心EPC(Evolved Pocket Core)。具體來講， S1-MME接口連接到移動性管理實體MME(Mobile Management Entity)，S1-U接口連接到SAE網關，其中S1接口支持eNodeB和MME/SAE網關之間多對多鏈接（見圖1）。eNodeB的功能在原有NodeB功能的基礎上，增加了RNC物理層，MAC層，RRC，調度，接入控制，承載控制，移動性管理和inter-cell RRM等功能。
圖1 LTE系統(tǒng)的網絡結構
LTE系統(tǒng)的協議棧結構與URTAN同樣分為用戶面(PDCP/RLC/MAC/ PHY)和控制面(RRC)協議。層2包括媒體接入控制協議(MAC)、無線鏈路控制協議(RLC)，以及分組數據匯聚協議(PDCP)；層3包括無線資源控制協議 (RRC)�？罩薪涌诘膶�1和層2協議在用戶設備和eNodeB中終止；控制平面中的層3協議也在用戶設備和eNodeB中終止；控制平面的非接入層(NAS)協議在用戶設備和核心網的移動管理實體(MME)中終止（見圖2）。
圖2 LTE系統(tǒng)協議棧結構
LTE系統(tǒng)中的無線資源控制(RRC)狀態(tài)相比于UTRA系統(tǒng)也簡化了許多，只包含RRC_IDLE，RRC_ACTIVE和RRC_DETACHED 3種。在aGW網元中，UE的上下文必須區(qū)分這3種狀態(tài)，而在E-Node B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)間干擾協調機制，并設計了靜態(tài)干擾協調以及動態(tài)干擾協調技術。在功率控制機制上，設定小區(qū)邊緣用戶的目標SINR(信噪比)低于小區(qū)中心的目標SINR，進一步減少對相鄰小區(qū)邊緣用戶干擾，從而獲得更大的系統(tǒng)容量。
為了實現低時延的目標，LTE系統(tǒng)大的小區(qū)搜索過程和隨機接入過程做了相應的簡化，并提供了更加靈活的形式。
為了實現與現有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)方法實現不同頻段之間各系統(tǒng)間的切換，實現更好的地域覆蓋和無縫切換；此外，核心網的設計也發(fā)生了相應的改變，增加了SAE和3GPP模塊，實現了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RS (Reference signal)，不同的參考信號在子幀中有不同的位置和配置，實現不同的導頻功能，以及不同模式下的信道質量測量。
綜上所述，LTE系統(tǒng)相比于UTRA系統(tǒng)引進了多項核心新技術，發(fā)生了根本性的變革，因此對LTE系統(tǒng)中eNodeB設備的測試也將面臨著很多新的挑戰(zhàn)。在測試用例方面，將增加很多新的用例用于覆蓋并驗證LTE系統(tǒng)中新的技術及配置；相應地，測試方法也將發(fā)生新的變化。
3 LTE系統(tǒng)中eNodeB測試關注點
LTE系統(tǒng)獨特的特點及技術優(yōu)勢實現了LTE系統(tǒng)的高速率、低時延和最優(yōu)分組的需求。然而為了保證LTE系統(tǒng)中eNodeB設備真正具有這些新功能及技術指標，并實現測試有效性的提高，我們對eNodeB關鍵技術點的測試勢在必行。我們對eNodeB測試的關注點主要在于：
（1）LTE系統(tǒng)中子載波之間的正交性是高速率性能得以實現的前提，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的測試重點之一。
（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eNodeB設備中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，LTE系統(tǒng)對信道帶寬內子載波的靈活調度及分配是保證多用戶寬帶接入的前提。因此，OFDM子載波的靈活調度及在多用戶之間的分配也是eNodeB設備的關鍵測試項之一。
（4）LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾協調機制也是LTE系統(tǒng)的顯著技術特征，因此驗證多個eNodeB設備之間干擾協調的測試也是必須的。
（5）對eNodeB測試還將包括驗證E-MBMS的實現及其在各個小區(qū)之間的切換。
4 LTE系統(tǒng)中eNodeB測試挑戰(zhàn)
在LTE基站eNodeB型號標準上市之前，需要進行完備的基站設備測試（包括軟件測試、硬件測試以及無線指標測試），將涵蓋LTE的協議一致性測試、無線性能指標一致性測試、無線資源管理的一致性測試和端到端的業(yè)務驗證測試等，這些組成了eNodeB認證測試的基礎。
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，引入了如OFDM，MIMO等多項關鍵新技術，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)的技術特點之一，因此信號發(fā)生器應支持MIMO制式和多徑衰落。物理信道和數據傳輸的測試也可利用信號發(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實體。在測試初期，LTE協議測試也可以采用模擬的終端和核心網實體，采用信道模擬器模擬設備在實際網絡環(huán)境中的性能，實現對小區(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的協議層測試與傳統(tǒng)網絡的不同之處在于，無線資源控制(RRC)狀態(tài)，以及aGW網元和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，需要靈活的測試設備，并提供一個可編程界面，能夠設置RRC的模式。
LTE系統(tǒng)將與其他標準在很長一段時間內共存，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重要。eNodeB必須支持與GSM(全球移動通信系統(tǒng))/EDGE(增強型數據速率GSM演進技術)，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絡間的漫游切換以實現對eNodeB的測試。此外，LTE是一個全IP核心網，需要端到端應用程序測試，并且由于LTE系統(tǒng)將支持更豐富的業(yè)務應用，例如VoIP，FTP或多媒體數據流等，因此對于業(yè)務應用的測試也較以前更加重要、復雜。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，則還需要相應的應用程序作為支撐，如LTE 終端/核心網的加載測試應用程序等，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)境及測試內容將包括：
圖3 LTE eNodeB 設備測試完整環(huán)境
圖4 LTE基站設備測試的模擬測試環(huán)境
