LTE系統核心技術(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高峰值速率和小區邊緣的覆蓋及小區邊緣用戶(hù)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系統的性能優(yōu)勢的必要測試。
（3）LTE系統引入了多載波技術(shù)，LTE系統對信道帶寬內子載波的靈活調度及分配是保證多用戶(hù)寬帶接入的前提。因此，OFDM子載波的靈活調度及在多用戶(hù)之間的分配也是eNodeB設備的關(guān)鍵測試項之一。
（4）LTE系統小區間干擾協(xié)調機制也是LTE系統的顯著(zhù)技術(shù)特征，因此驗證多個(gè)eNodeB設備之間干擾協(xié)調的測試也是必須的。
（5）對eNodeB測試還將包括驗證E-MBMS的實(shí)現及其在各個(gè)小區之間的切換。
4 LTE系統中eNodeB測試挑戰
在LTE基站eNodeB型號標準上市之前，需要進(jìn)行完備的基站設備測試（包括軟件測試、硬件測試以及無(wú)線(xiàn)指標測試），將涵蓋LTE的協(xié)議一致性測試、無(wú)線(xiàn)性能指標一致性測試、無(wú)線(xiàn)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認證測試的基礎。
由于LTE系統的工作頻率從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；LTE系統提出了更高的性能需求指標，引入了如OFDM，MIMO等多項關(guān)鍵新技術(shù)，因此在研發(fā)過(guò)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(lái)產(chǎn)生上行信號，頻譜分析儀可以用來(lái)檢驗下行信號。MIMO是LTE系統的技術(shù)特點(diǎn)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(xié)議和物理層的測試，這個(gè)過(guò)程需要上下行的交互，例如HARQ，RACH過(guò)程。系統級的測試環(huán)境是真實(shí)的終端和eNodeB通過(guò)真實(shí)的無(wú)線(xiàn)環(huán)境連接在一起，eNodeB還將連接到真實(shí)的核心網(wǎng)實(shí)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(shí)體，采用信道模擬器模擬設備在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中的性能，實(shí)現對小區中央及邊緣位置的信號強度的模擬，從而減小實(shí)地測量的需求。LTE的協(xié)議層測試與傳統網(wǎng)絡(luò )的不同之處在于，無(wú)線(xiàn)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，需要靈活的測試設備，并提供一個(gè)可編程界面，能夠設置RRC的模式。
LTE系統將與其他標準在很長(cháng)一段時(shí)間內共存，為了達到很好的地域覆蓋，LTE系統與2G，3G基站以及非3GPP系統之間的融合以及無(wú)縫切換變得至關(guān)重要。eNodeB必須支持與GSM(全球移動(dòng)通信系統)/EDGE(增強型數據速率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)現對eNodeB的測試。此外，LTE是一個(gè)全IP核心網(wǎng)，需要端到端應用程序測試，并且由于LTE系統將支持更豐富的業(yè)務(wù)應用，例如VoIP，FTP或多媒體數據流等，因此對于業(yè)務(wù)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(wǎng)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
（1）連接所有的網(wǎng)絡(luò )單元并驗證所有的接口。
●eNodeB設備測試：eNodeB作為被測設備，利用真實(shí)的eNodeB，MMEs，aGW 和UE或采用模擬的設備。
●互操作性測試：LTE MME 與UTRAN 和GERAN 網(wǎng)絡(luò )。
（2）語(yǔ)音、多媒體和數據業(yè)務(wù)綜合的實(shí)際網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。
●語(yǔ)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設備的軟件、硬件及無(wú)線(xiàn)指標測試。
（4）負面測試：驗證系統在錯誤條件下的行為。
（5）安全性驗證。
5 LTE系統中eNode B的測試用例及測試方法
為了保證無(wú)線(xiàn)通信系統的正常運行，必須對基站設備進(jìn)行覆蓋各個(gè)方面的測試。完整的基站設備測試包括無(wú)線(xiàn)指標測試、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(jiàn)圖5）。無(wú)線(xiàn)指標測試、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(zhù)無(wú)線(xiàn)通信系統基站設備使用性能的驗證。LTE系統中eNodeB設備的全備性測試也包括上述幾類(lèi)測試內容。
圖5 基站設備測試的分層結構
基站的完全測試會(huì )根據不同通信系統的特征而有不同的測試方法和測試用例，但由于無(wú)線(xiàn)通信系統具有相似的通信功能，基站設備具有相似的功能模塊及操作維護機制，并且無(wú)線(xiàn)電波具有固有的無(wú)線(xiàn)電磁波特性，因此基站設備的完全測試具有相同的基本測試原理，存在著(zhù)部分通用的測試方法和測試用例。由于LTE系統中eNode B具有一些前所未有的性能和技術(shù)特點(diǎn)，因此在測試用例及相應測試方法上也具有獨特的需求。
5.1 無(wú)線(xiàn)指標測試
無(wú)線(xiàn)指標測試包括發(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)射信號調制質(zhì)量的好壞會(huì )影響接收端的解調能力，因此必須對調制質(zhì)量進(jìn)行全方位的評估，包括調制幅度誤差、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系統作為無(wú)線(xiàn)通信系統的一種，eNodeB的無(wú)線(xiàn)指標測試包括無(wú)線(xiàn)通信系統所要求的上述常規測試用例。
由于LTE系統采用了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(guò)程中，用戶(hù)所使用的OFDM子載波在信道帶寬中的不同位置可能會(huì )導致測試結果的不同，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，在上行測試用例中占用資源塊的位置必須有多種配置以實(shí)現對整個(gè)信道帶寬所有子載波的覆蓋，測試是否所有子載波都滿(mǎn)足規范要求無(wú)線(xiàn)性能指標。
OFDM子載波間的正交性是LTE系統得以實(shí)現的前提保證，因此在無(wú)線(xiàn)指標測試中將全面考察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制質(zhì)量。在單載波網(wǎng)絡(luò )中，影響調制質(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系統中的信號調制質(zhì)量相比于單載波網(wǎng)絡(luò )會(huì )更加惡化。因此，調制質(zhì)量將成為基站設備測試中最為重視的測試項之一。
下文將以調制質(zhì)量的測試作為討論重點(diǎn)，首先分析調制質(zhì)量誤差產(chǎn)生的原因，以及影響調制質(zhì)量測量結果的因素，并在此基礎上提出有效的測試方法建議。
通常用來(lái)表征系統調制質(zhì)量的參數為誤差矢量幅度(EVM)，3GPP定義了LTE系統中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(zhuān)用物理信道的影響。
設Z為實(shí)際發(fā)射的符號矢量；S為理想基準信號矢量，則幅度誤差為
，相位誤差為Φ；根據余弦定理，誤差矢量誤差的表達式為：
（1）從而單個(gè)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(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(xiàn)性失真。
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