國際運(yùn)營商LTE終端速率測(cè)試方法比較

劉軼康

【摘要】 針對(duì)部署LTE網(wǎng)絡(luò)的電信運(yùn)營商在終端入網(wǎng)測(cè)試等測(cè)試中經(jīng)常采用的三種速率測(cè)試方法：極限速率測(cè)試方法、網(wǎng)頁速率測(cè)試方法、以及現(xiàn)網(wǎng)Metrico測(cè)試方法，分析了各種測(cè)試方法的主要影響因素及運(yùn)營商速率測(cè)試中速率性能故障的分析思路。

【關(guān)鍵詞】 LTE終端 速率測(cè)試

隨著4G LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，越來越多的運(yùn)營商選擇部署運(yùn)營LTE網(wǎng)絡(luò)。LTE技術(shù)采用正交頻分多路復(fù)用（OFDM）、多入多出（MIMO）等技術(shù)，給最終電信用戶提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于3G技術(shù)的速率體驗(yàn)，成為運(yùn)營商獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、吸引最終用戶的重要手段。因此，運(yùn)營商對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的終端的速率性能非常重視，采用了多種速率測(cè)試方法來測(cè)試LTE終端的速率性能。

一、3GPP標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于不同終端的速率性能的規(guī)定

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)終端性能的差異，對(duì)終端進(jìn)行了分類（簡(jiǎn)稱Cat）。我們目前常用的終端主要是Cat3，Cat4，Cat6以及Cat9的終端。幾種類型的FDD LTE終端的最高速率對(duì)照情況參見表1。對(duì)于不同類型的終端，其理論最高速率不同，通過測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)自然也不相同。在進(jìn)行對(duì)比類型的測(cè)試時(shí)，也需要注意對(duì)比終端應(yīng)該選擇與測(cè)試終端同一類型的終端，否則沒有可比性。

表1 不同Category的FDD LTE終端最高速率值對(duì)比

二、運(yùn)營商常用的速率測(cè)試方法及原理

運(yùn)營商常用的速率測(cè)試方法主要有三種：極限速率測(cè)試方法；網(wǎng)頁速率測(cè)試方法；以及現(xiàn)網(wǎng)Metrico測(cè)試方法。下面介紹下這三種測(cè)試方法。

極限速率測(cè)試方法，主要是為了測(cè)試終端的極限速率是否能夠達(dá)標(biāo)，一般通過的標(biāo)準(zhǔn)是以表1中的最高速率值為基礎(chǔ)，乘以某個(gè)系數(shù)。不同的運(yùn)營商選擇的系數(shù)不同，如日本運(yùn)營商軟銀選擇的系數(shù)是95%，即終端測(cè)試的結(jié)果必須達(dá)到對(duì)應(yīng)category的95%才能測(cè)試通過。由于需要測(cè)試到接近該類型終端的最高速率值，所以極限速率測(cè)試一般會(huì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，選擇信號(hào)強(qiáng)度好，沒有其他噪聲干擾，測(cè)試終端獨(dú)占小區(qū)的環(huán)境來進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試的業(yè)務(wù)，一般會(huì)選擇FTP下載和UDP灌包兩種，其中UDP灌包的方法可以讓終端的性能得到更好的發(fā)揮，而FTP下載方法則更接近于用戶實(shí)際使用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

網(wǎng)頁速率測(cè)試方法，主要是以SpeedTest網(wǎng)站為代表的一類測(cè)速網(wǎng)站提供的測(cè)速方法。普通用戶可以打開這些測(cè)速網(wǎng)站的網(wǎng)，這類測(cè)速網(wǎng)站使用的具體測(cè)速方法是首先從網(wǎng)站上下載一個(gè)較小文件，通過下載的耗時(shí)估算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接的速率，然后根據(jù)該速率決定從網(wǎng)絡(luò)下載的數(shù)據(jù)包的大小，這個(gè)數(shù)據(jù)包一般在當(dāng)前速率下下載10秒左右。在這10秒的下載過程中，在每秒中采樣30次，將采樣結(jié)果組成20組，去掉最高的10%和最低的20%，取剩余結(jié)果的平均值作為最終統(tǒng)計(jì)出的速率值。一般下載文件較小，其測(cè)試結(jié)果隨時(shí)間變化較大，需要進(jìn)行多次測(cè)試以減小隨機(jī)性因素的影響。

現(xiàn)網(wǎng)Metrico測(cè)試方法，主要針對(duì)測(cè)試終端在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下的表現(xiàn)情況進(jìn)行測(cè)試。由于現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境更加復(fù)雜多變，因此該測(cè)試相對(duì)于其他兩種方法，在測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)和測(cè)試通過標(biāo)準(zhǔn)上均有所區(qū)別。在測(cè)試場(chǎng)景上，針對(duì)強(qiáng)中弱信號(hào)區(qū)域分別進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)區(qū)域均針對(duì)用戶經(jīng)常使用的業(yè)務(wù)類型，進(jìn)行網(wǎng)頁瀏覽、ping操作、HTTP上傳下載、UDP上傳下載各種類型的測(cè)試。在測(cè)試通過標(biāo)準(zhǔn)上，使用測(cè)試機(jī)與對(duì)比機(jī)同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)兩者的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，如果測(cè)試機(jī)的表現(xiàn)比對(duì)比機(jī)的表現(xiàn)差25%以上，則不通過；否則通過。目前該測(cè)試得到美國三大運(yùn)營商VZW，AT&T;，TMO的認(rèn)可，作為其定制終端必須進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目。

這幾種測(cè)試方法的側(cè)重點(diǎn)有所不同，在實(shí)際中運(yùn)營商可能選擇其中的一種或者多種測(cè)試方法對(duì)終端進(jìn)行測(cè)試，以便綜合衡量終端在不同情況下的表現(xiàn)。

三、各種測(cè)試方法的主要影響因素及運(yùn)營商速率測(cè)試常見故障分析方法

常見的LTE數(shù)據(jù)類終端，其測(cè)試過程的主要工作形式如圖1所示。完整的數(shù)據(jù)路徑包括測(cè)試用筆記本，LTE終端，LTE空口，網(wǎng)絡(luò)側(cè)及服務(wù)器。在這個(gè)通路中的每一個(gè)部分，都可能會(huì)對(duì)速率測(cè)試的結(jié)果造成影響。

3.1 LTE空口工作狀

主要指的是從終端的LTE協(xié)議棧通過空間的電磁信號(hào)傳播到網(wǎng)絡(luò)側(cè)LTE基站及核心網(wǎng)之間的過程。這一部分性能主要取決于終端類型、協(xié)商速率、終端射頻性能以及由此決定的調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)給終端分配的時(shí)域和頻域資源等因素。

3.2 LTE終端內(nèi)部數(shù)據(jù)通路狀態(tài)

主要指在LTE終端內(nèi)部，數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)發(fā)等形式進(jìn)行傳輸?shù)倪^程。這一部分性能主要取決于CPU性能、是否采用硬件加速數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則、以及使用的內(nèi)部總線接口規(guī)格等因素。采用wifi通信的話，還需要考慮wifi芯片的性能。

3.3測(cè)試用筆記本狀態(tài)

主要指在筆記本上產(chǎn)生或者到達(dá)筆記本 進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)，在筆記本上進(jìn)行處理的過程。這一部分性能主要取決于筆記本的硬件性能、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)軟件的性能、筆記本的協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)的效率高低，此外還包括LTE終端安裝到筆記本上的驅(qū)動(dòng)程序的工作性能。

3.4網(wǎng)絡(luò)側(cè)工作狀態(tài)

數(shù)據(jù)從終端發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)以后，要經(jīng)過運(yùn)營商內(nèi)網(wǎng)及internet網(wǎng)絡(luò)的傳輸，最終才能到達(dá)對(duì)端，在此過程中網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)載程度、路由規(guī)則等因素，也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程造成影響，從而進(jìn)一步影響到終端的速率性能表現(xiàn)。

針對(duì)以上提到的各個(gè)可能影響到終端測(cè)試速率性能的環(huán)節(jié)及因素，在實(shí)際測(cè)試中我們也需要能夠進(jìn)行對(duì)應(yīng)的分析方法和工具來確認(rèn)影響性能的因素到底是哪些。如某個(gè)終端極限速率測(cè)試通過而網(wǎng)頁速率測(cè)試不通過，則問題可能出現(xiàn)在 LTE終端內(nèi)部通路對(duì)HTTP和FTP數(shù)據(jù)包的處理方式的差異，或者測(cè)試用筆記本上FTP工具軟件和瀏覽器的性能差異上；再如某個(gè)終端極限速率測(cè)試通過，而現(xiàn)網(wǎng)Metrico測(cè)試不通過，則可能由于該終端在LTE的射頻等因素導(dǎo)致空口工作狀態(tài)不及對(duì)比機(jī)，或者該終端的測(cè)試筆記本性能與對(duì)比機(jī)的測(cè)試筆記本性能有差距。

大致確認(rèn)了問題可能存在的階段以后，我們?cè)偻ㄟ^抓取各種log來詳細(xì)分析，以確定具體的影響因素。常用的log包括，針對(duì)空口工作狀態(tài)抓取LTE終端芯片的信令、射頻性能等log，如高通芯片的QXDM log等；針對(duì)LTE終端內(nèi)部數(shù)據(jù)通路抓取wireshark log；針對(duì)測(cè)試用筆記本可以抓取wireshark log，以及該筆記本內(nèi)記錄CPU、內(nèi)存使用狀態(tài)的系統(tǒng)log，各個(gè)測(cè)試用軟件的對(duì)應(yīng)log及狀態(tài)顯示。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)工作狀態(tài)，從終端側(cè)一般難于抓取，僅能通過空口log以及數(shù)據(jù)包延時(shí)等因素進(jìn)行推測(cè)。

四、總結(jié)

針對(duì)運(yùn)營商常用的3種LTE終端速率測(cè)試方法：極限速率測(cè)試方法、網(wǎng)頁速率測(cè)試方法、以及現(xiàn)網(wǎng)Metrico測(cè)試方法，本文對(duì)比分析了各種測(cè)試方法的原理及相關(guān)的影響因素，并針對(duì)常見的測(cè)試問題給出了分析建議，有助于終端廠商提升其產(chǎn)品在對(duì)應(yīng)測(cè)試下的表現(xiàn)，給終端用戶帶來更好的用戶體驗(yàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王海燕，于劍飛，石美憲.LTE終端射頻測(cè)試技術(shù)分析[J].電信網(wǎng)技術(shù).2011（02）

[2]莫宏波，張琳琳，果敢.LTE終端類型分析及其測(cè)試[J].電信網(wǎng)技術(shù).2011（02）