測試LTE:您需要知道什么

Phil Medd

摘要：首批LTE網(wǎng)絡(luò)已投入使用，大規(guī)模提供移動寬帶服務(wù)方面成為主題。并非所有技術(shù)問題都已解決，用戶獲得下一代蜂窩技術(shù)的全部好處前仍然有問題需要克服，LTE服務(wù)的一些更廣泛方面仍然有待決定。本文從測試工程師所面臨挑戰(zhàn)的意義上考察了這方面的一些問題

關(guān)鍵詞：LTE；測試；Aeroflex；協(xié)議測試

在考察有關(guān)用戶終端(LIE)設(shè)計的技術(shù)問題之前，采取更廣闊的視野可以揭示其他一些潛在陷阱。

在本文撰寫時，LTE終端的正式認(rèn)證尚未開始。主要認(rèn)證機構(gòu)(GCF，PTCRB)計劃在2010年12月推出用于協(xié)議、RE及無線資源管理的一致性測試方案。但由于一些市場已開始銷售LTE終端，因此產(chǎn)生了下面的問題：這些終端將來是否能夠通過這些一致性測試?

對于支持高數(shù)據(jù)率(下行鏈路100Mb／s，上行鏈路50Mb／s)的LTECategory 3終端，回程容量(backhaulcapacity)是否足夠?隨著LTE用戶數(shù)量的增加，小區(qū)中所有用戶在無線網(wǎng)絡(luò)上的帶寬共享將成為一個重要因素，如果小區(qū)中用戶數(shù)量太多，那么性能就可能受到影響。另外，隨著活動用戶數(shù)量的增加，小區(qū)邊緣性能將受到更高信噪比(SNR)的影響。

對于潛在的全球移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，還要滿足數(shù)據(jù)用戶對全球漫游的期望。盡管這在技術(shù)上是可行的，但漫游數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收費過高的問題還需要加以解決。另一方面，對網(wǎng)絡(luò)運營商來說，統(tǒng)一費率數(shù)據(jù)方案已成為一個問題，因為提供變動的，但幾乎肯定是不斷增加的數(shù)據(jù)量而獲得的卻是固定的收入。

由于LTE是CDMA2000網(wǎng)絡(luò)運營商(如Werizon Wireless)的下一代技術(shù)選擇，所以與3GPP2 CDMA2000高費率分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互通是一個明確要求。在LTE無線網(wǎng)絡(luò)接口處合并3GPP和3GPP2網(wǎng)絡(luò)拓撲是一個有意思的進展，這需要進行周密的測試，以確保其運行達到預(yù)期目標(biāo)。

對網(wǎng)絡(luò)運營商來說，維持同時使用IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)將會是一大挑戰(zhàn)。主流網(wǎng)絡(luò)運營商在2010年移動通信世界大會(MobileWorld Congress 2010)上宣布的有關(guān)VoLTE(語音LTE)標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議將在很大程度上解決這個問題。但是，使用3GPP的IMS(IP多媒體子系統(tǒng))技術(shù)仍然需要進行大規(guī)模部署。

迎接測試需求挑戰(zhàn)

要滿足LTE終端設(shè)備的嚴(yán)格要求，關(guān)鍵在于將設(shè)計分成子系統(tǒng)，并制定一個允許在測試完整終端之前對每個設(shè)計部分進行徹底檢驗的測試計劃。如果不采用這種模塊化方案，則問題的診斷可能拖到項目的最后階段，以致難以管理最終發(fā)布階段，包括現(xiàn)場試驗及一致性測試。

無論終端設(shè)計是從頭開始、基于較早前的設(shè)計還是使用第三方集成組件，都需要進行多項關(guān)鍵性能測量。其中一些測量(如最大輸出功率、功率控制和接收機靈敏度)是早前技術(shù)已經(jīng)熟悉的，但由于所用的傳輸方式(下行鏈路中為OFDMA，上行鏈路中為SC-FDMA)不同，所以需要新的測量設(shè)備來支持這些測試。

其他測量是LTE特有的。例如，對于其OFDMA傳輸方式，子載波誤差向量幅度(EVM)變成調(diào)制器性能的一項重要測試。隨著700MHz模擬TV頻譜的可供使用，LTE將以低于GSM或WCDMA的頻率來部署，從而得到大很多的帶寬：20MHz／700MHz=2.8％，相比之下，對于典型的WCDMA終端，5MHz／2100MHz=0.24％。這會對一些調(diào)制器架構(gòu)帶來挑戰(zhàn)，因為它會導(dǎo)致小區(qū)邊緣處的EVM值較高，所以在設(shè)計階段要特別注意這一點。

由于一些測試(如功率控制)的動態(tài)性質(zhì)，所以需要使用信令協(xié)議來建立測量條件。這就要求測試設(shè)備必須包括協(xié)議棧和模擬演進型節(jié)點B(eNB)基站。由于這些測量通常是由RE工程師而不是協(xié)議專家來執(zhí)行的，所以所用的測試設(shè)備必須易于配置，使工程師能夠?qū)⒕杏跍y量本身。

協(xié)議測試

協(xié)議棧開發(fā)者面臨的主要挑戰(zhàn)之一是確保狀態(tài)變化響應(yīng)要求得到滿足。雖然LTE規(guī)范已經(jīng)將終端設(shè)備的可能狀態(tài)數(shù)量減少到RRC IDLE和RRC CONNECTED，但是在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所需的時間將構(gòu)成時延預(yù)算的一大部分。在RRC IDLE模式下，終端設(shè)備盡可能將自身處于低功耗狀態(tài)，以確保出色的電池壽命，接收機被周期性地激活以檢查尋呼消息。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸時間預(yù)定后，終端必須處于喚醒狀態(tài)并快速同步其上行鏈路。

在協(xié)議測試過程中，用于生成測試用例的工作量常常與創(chuàng)建協(xié)議棧的工作量一樣多、所以擁有全面而高效的測試設(shè)施很重要。為了能夠細分測試、重要的是能夠測量用戶平面和控制平面中的每個子層。協(xié)議測試診斷功能在查找故障時很重要。通常，這包括帶時間戳的消息日志記錄和解碼。但重要的是這也可以用于每個子層，以提供跟蹤信令消息流程細節(jié)的功能(從MAC PDU直到RRC消息)，從而確保定時要求得到滿足。

要想能夠為每個層創(chuàng)建測試情景，就必須擁有對測試設(shè)備的詳細控制，但這需要盡可能地易于使用，以避免痛苦的學(xué)習(xí)過程。圖形化測試描述(例如由場景向?qū)峁┑?提供了定義新測試的最清晰方法(圖1)。

性能測試

一旦RF、基帶、協(xié)議棧和應(yīng)用層實現(xiàn)集成，接下來就需要對整體終端性能進行全面測試。在此階段期間，必須查出和消除數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，以最大化數(shù)據(jù)吞吐量——包括在正常和極端溫度及電源電壓條件下。另外還需要在滿負荷條件下測量功耗、熱特性、電磁兼容性(EMC)、發(fā)射及磁化率。一般情況下，這需要使用2×2下行鏈路多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。

測試設(shè)備要能夠在小區(qū)之間無縫交接數(shù)據(jù)，同時最小化對數(shù)據(jù)吞吐率的影響，就如能夠在不同無線接入技術(shù)之間進行交接數(shù)據(jù)、同時保持?jǐn)?shù)據(jù)連接一樣。已有多家供應(yīng)商推出了設(shè)計緊湊、靈活和模塊化的測試儀器。Aeroflex的LTE測試產(chǎn)品就支持用于測試LTE終端性能的所有功能(圖2)。

雖然LTE物理層使用循環(huán)前綴來增加對多徑效應(yīng)的抵制。但需要對之進行測試，以確保正確運行。將此測試留到現(xiàn)場試驗階段會增加開發(fā)風(fēng)險。現(xiàn)在測試設(shè)備供應(yīng)商提供了內(nèi)建衰落模擬器和噪聲發(fā)生器的工具，用來在實驗室中模擬實際信號條件。

LTE終端的一個重要性能參數(shù)是其實現(xiàn)和保持與下行鏈路信號同步的能力。LTE OFDMA傳輸方式使用頻率間隔為15 kHz的子載波。接收機也必須對子載波處于精確調(diào)諧狀態(tài)，即使存在多普勒頻移效應(yīng)也不例外。不同步會導(dǎo)致子載波間的相互干擾，從而降低信噪比。要檢驗終端的行為，同樣必須能夠在實驗室中模擬多普勒頻移效應(yīng)。

結(jié)語

下一代移動終端需要提供能夠滿足網(wǎng)絡(luò)運營商的希望與期待的移動寬帶體驗。所以必須使用逐層方案來測試新的LTE終端，建立起基于實際信號條件的端到端測試場景。確保終端性能在整個小區(qū)內(nèi)得到保持將是最艱巨的挑戰(zhàn)，特別在小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)量增加以及由此而產(chǎn)生的信號噪聲電平上升的情況下。

LTE終端測試不僅要精確和高效，還要覆蓋全而的測試范圍——包括RF、協(xié)議和系統(tǒng)級測試。測試設(shè)備廠商正在提供這一功能，新型及升級型儀器、測試儀和系統(tǒng)已陸續(xù)上市。

以盡可能高效的方式實現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量和低時延(就功耗和RF頻譜使用而言)是引入LTE技術(shù)的主要目的。但只有在開發(fā)和部署階段進行周密的測試才能實現(xiàn)這一目標(biāo)。