基于HARQ的TD-LTE基站性能測試方案[圖]

引言

LTE（Long Term Evolution長期演進(jìn)）技術(shù)是第三代移動通信演進(jìn)的主要方向。作為一種先進(jìn)的技術(shù)，LTE系統(tǒng)在提高峰值數(shù)據(jù)速率、小區(qū)邊緣速率、頻譜利用率、控制面和用戶面時延以及降低運營和建網(wǎng)成本等方面擁有巨大的優(yōu)勢。同時，LTE系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)（2G/2.5G/3G）能夠共存，并且實現(xiàn)平滑演進(jìn)。

LTE系統(tǒng)按照雙工方式分為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）兩種。其中LTE-TDD制式相對于FDD制式具有頻譜利用靈活、支持非對稱業(yè)務(wù)等諸多優(yōu)勢，是中國通信業(yè)界力推的國際標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)吞吐率是衡量TD-LTE基站綜合性能的重要指標(biāo)。吞吐率的測試需要基站（eNB）與測試儀器（模擬UE）之間實現(xiàn)實時反饋并動態(tài)調(diào)整。測試儀器不僅需要能夠生成符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE 上行信號，同時還需要模擬相應(yīng)的信道衰落模型，并且根據(jù)基站下發(fā)的ACK/NACK指令實時地調(diào)整發(fā)射信號的編碼冗余因子，以模擬真實的通信環(huán)境。本方案采用安捷倫基帶信號發(fā)生器與信道仿真儀N5106A PXB或安捷倫最新信號發(fā)生器N5182B/N5172B作為測試平臺，通過Real-time版本的Signal Studio N7625 for LTE TDD生成TD-LTE測試信號并經(jīng)過信道衰落后送給基站進(jìn)行解碼從而可以統(tǒng)計出基站的吞吐率。

1 HARQ測試原理

1.1 上行HARQ方式

LTE系統(tǒng)將在上行鏈路采用同步非自適應(yīng)HARQ技術(shù)。雖然異步自適應(yīng)HARQ技術(shù)與同步非自適應(yīng)技術(shù)比較，在調(diào)度方面的靈活性更高，但是后者所需的信令開銷更少。由于上行鏈路的復(fù)雜性，來自其他小區(qū)用戶的干擾是不確定的，因此基站無法精確估測出各個用戶實際的信干比(SINR)值。由于SINR值的不準(zhǔn)確性導(dǎo)致上行鏈路對于調(diào)制編碼模式(MCS)的選擇不夠精確，所以更多地依賴HARQ技術(shù)來保證系統(tǒng)的性能。因此，上行鏈路的平均傳輸次數(shù)會高于下行鏈路。所以，考慮到控制信令的開銷問題，在上行鏈路使用同步非自適應(yīng)HARQ技術(shù)。

1.2 上行HARQ時序

LTE TDD制式的上下行信號在時域上交錯分布，因此其HARQ時序映射關(guān)系較FDD更為復(fù)雜。根據(jù)3GPP TS 36.213規(guī)定，TDD制式不同UL/DL Configuration下，下行子幀只在規(guī)定位置發(fā)送ACK/NACK指令，每個位置發(fā)送的ACK/NACK指令對應(yīng)特定的上行子幀信號，如表1所示。

3GPP TS 36.141規(guī)定性能測試只需在配置1下進(jìn)行，因此可以根據(jù)表1的描述得到配置1時的時序圖：

圖1 配置1時HARQ時序圖

在配置1時，上行只在子幀2、3、7和8四個位置發(fā)送上行信號；下行由基站在子幀1、4、6和9發(fā)送ACK/NACK指令，指令的指示對象及重傳位置關(guān)系如圖1所示。

2測試平臺

2.1 硬件平臺

性能測試目的在于模擬實際環(huán)境下的系統(tǒng)吞吐率，因此需要基站與測試儀器進(jìn)行聯(lián)調(diào)。硬件測試平臺包括：支持2天線接收的TD-LTE eNB基站、安捷倫基帶信號發(fā)生器與信道仿真儀PXB、安捷倫矢量信號發(fā)生器MXG（主要用于上變頻）以及一臺四通道示波器（用于系統(tǒng)調(diào)試）。測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

圖2 N5106 PXB測試系統(tǒng)

PXB實時產(chǎn)生TD-LTE上行信號并經(jīng)過特定信道模型下的衰落后，輸出的基帶I/Q信號經(jīng)過MXG上變頻分別送入基站的兩根接收天線�；�站端對接收到的射頻信號進(jìn)行解調(diào)解碼，并以RS232C的串行通信方式將反饋結(jié)果（ACK/NACK指令）傳回至PXB，PXB根據(jù)ACK/NACK指令實時調(diào)整RV因子重新發(fā)送數(shù)據(jù)包或選擇放棄當(dāng)前數(shù)據(jù)包（當(dāng)eNB發(fā)送ACK信號或是已達(dá)到最大重傳次數(shù)）。最后基站端統(tǒng)計得到系統(tǒng)的吞吐率。

如果測試環(huán)境確實希望使用外置信道仿真器，則只需使用安捷倫N5182B/N5172B射頻信號發(fā)生器即可完成上述系統(tǒng)的測試。典型的測量系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 N5182B/72B MXG-B測試系統(tǒng) 2.2 軟件平臺

PXB或N5182B/72B通過Signal Studio N7625B-WFP for LTE TDD 軟件產(chǎn)生特定的參考測試信號，并實時地調(diào)整編碼冗余因子。

圖4 上行信號配置

圖5 HARQ設(shè)置 2.3 反饋信號格式

基站下發(fā)給PXB或N5182B/72B的ACK/NACK信號以RS232C串行通信的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，PXB或N5182B/72B根據(jù)相同的編碼速率和格式進(jìn)行解碼得到ACK/NACK值。反饋信號由8個比特組成，1個起始位，1個停止位，無奇偶校驗位。具體的數(shù)據(jù)格式如表2所示。

3測試結(jié)果

按照測試結(jié)構(gòu)圖搭建好測試系統(tǒng)并配置軟件平臺，啟動基站及PXB或N5182B/72B，同時在示波器和基站控制端觀察測試結(jié)果。

圖6 PXB或N5182B/72B實時響應(yīng)圖

6為示波器上觀察到的PXB或N5182B/72B實時響應(yīng)。通道1、2、3和4分別為上行信號幀頭、ACK/NACK指令序列、上行信號I/Q數(shù)據(jù)以及PXB或N5182B/72B的ACK/NACK響應(yīng)（高電平為ACK，低電平為NACK）。如圖所示，HARQ時序響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議完全相符。

基站端對上行射頻信號進(jìn)行分集接收并解調(diào)，然后通過CRC校驗對接收結(jié)果作出判斷，最后得到在特定衰落模型下的系統(tǒng)吞吐率。

根據(jù)3GPP TS 36.141規(guī)定，選取PUSCH，20MHz帶寬信號作為測試案例。在2根接收天線，Normal CP下，按照列出的前10個Case依次測試，結(jié)果如下：

4結(jié)論

結(jié)果表明，系統(tǒng)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)測試要求。測試過程透明可見，結(jié)果顯示直觀可信。同時，該測試系統(tǒng)在不添加任何硬件配置的情況下，僅僅通過軟件配置即可實現(xiàn)1×2，2×2，2×4及4×2的MIMO配置，從而實現(xiàn)基站HARQ，Timing Adjustment以及PUCCH性能測試，是TD-LTE基站性能測試的理想平臺。

推薦方案：安捷倫基帶信號發(fā)生器與信道仿真儀 N5106A PXB配合信號發(fā)生器MXG和signal studio N7625B可以提供一站式的整體解決方案；如果測試系統(tǒng)已有專用信道仿真器，則可使用安捷倫信號發(fā)生器N5182B/72B及signal studio N7625B完成最終測試。

來源：通信世界網(wǎng)