1 引言
隨著LTE技術(shù)的完善和發(fā)展,，對(duì)于LTE基站的射頻收發(fā)測(cè)試已經(jīng)趨于成熟,。目前,，主流的設(shè)備廠家都可以根據(jù)3GPP 36.141的規(guī)范完成相應(yīng)的收發(fā)測(cè)試,。但36.141在收發(fā)測(cè)試的基礎(chǔ)上還對(duì)基站接收機(jī)的性能測(cè)試給出了相應(yīng)的需求（對(duì)應(yīng)規(guī)范第八章）?；诖?，R&S公司在原有收發(fā)測(cè)試方案的基礎(chǔ)上率先推出了滿足LTE基站性能測(cè)試的SMU/AMU-K69選件，以滿足3GPP對(duì)基站接收機(jī)的性能測(cè)試要求,。
對(duì)于LTE基站接收機(jī)的性能測(cè)試,，需要驗(yàn)證基站在正常工作狀態(tài)下的混合自動(dòng)重傳（HARQ）功能，此時(shí)需要矢量源產(chǎn)生的上行LTE信號(hào)可以在和基站的閉環(huán)測(cè)試狀態(tài)中,，根據(jù)基站發(fā)送的ACK和NACK信息對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整,。R&S公司的矢量源SMU/AMU在配置相應(yīng)的K69選件后可以方便地滿足相應(yīng)性能測(cè)試的需求。這個(gè)新功能可以允許測(cè)試設(shè)備動(dòng)態(tài)地控制發(fā)送的數(shù)據(jù),。根據(jù)從被測(cè)設(shè)備發(fā)送給SMU的反饋信息,，可以實(shí)現(xiàn)ACK/NACK信號(hào)（HARQ反饋）和時(shí)序調(diào)整等功能，其工作原理與基站通過(guò)空中接口在PDCCH/PHICH信道給UE發(fā)送反饋信息類(lèi)似,。
2 SMU/AMU自動(dòng)反饋功能介紹
根據(jù)3GPP 36.141規(guī)范的要求：LTE基站接收機(jī)的性能測(cè)試需要根據(jù)ACK/NACK指令,，測(cè)試設(shè)備可以實(shí)時(shí)控制相應(yīng)PUSCH信道編碼配置（如冗余版本等），其測(cè)試過(guò)程完全符合3GPP對(duì)于真實(shí)環(huán)境的HARQ處理過(guò)程,。此外,，對(duì)于時(shí)序調(diào)整功能測(cè)試，也可以根據(jù)相應(yīng)的時(shí)序控制指令來(lái)對(duì)SMU/AMU產(chǎn)生的上行信號(hào)進(jìn)行提前或延時(shí)的時(shí)間調(diào)整,。
目前,，R&S公司支持從被測(cè)設(shè)備到SMU/AMU的反饋模式有3種，分別為二進(jìn)制（Binary）模式,、串行（Serial）模式和串行3×8（Serial 3×8）模式（對(duì)于時(shí)序調(diào)整功能只能通過(guò)串行或串行3×8模式完成）,。反饋信號(hào)通過(guò)USER1和LEVATT接口送至SMU/AMU。LTE選件中的自動(dòng)反饋功能設(shè)置菜單如圖1 所示,。
圖1 LTE選件中的自動(dòng)反饋功能設(shè)置菜單
因?yàn)镾MU/AMU有內(nèi)置的Fading和AWGN模塊,，因此無(wú)需其他的測(cè)試設(shè)備就可以完成規(guī)范定義的測(cè)試需求。從被測(cè)設(shè)備發(fā)送至SMU的反饋信號(hào)可以通過(guò)以上幾種模式發(fā)送,。除反饋信號(hào)外,，在性能測(cè)試中，還需要在SMU/AMU與被測(cè)設(shè)備之間連接參考信號(hào)以消除不同設(shè)備之間的頻率誤差,；另外,，需要由被測(cè)設(shè)備給SMU/AMU提供相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行同步,。R&S的實(shí)時(shí)反饋功能可以在每一個(gè)基帶模塊中使用。
2.1 反饋模式命令介紹
由基站給出的反饋信號(hào)通過(guò)LEVATT或USER1接口送至SMU/AMU,，反饋信號(hào)的阻抗和電壓可以通過(guò)儀表的“Global Trigger/CLK Setting”進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置,。
（1）對(duì)于二進(jìn)制模式，只能是HARQ反饋命令（ACK 或NACK）,。儀表直接讀出輸入接口的高低電平,，根據(jù)設(shè)置中ACK的定義，來(lái)判斷是ACK或NACK信息,。
（2）對(duì)于串行模式,，一個(gè)指令包含一個(gè)起始位（低電平），16個(gè)比特位（D0~D15）,，一個(gè)截至位（高電平）,。傳輸過(guò)程中沒(méi)有校驗(yàn)位，由最低位（D0）開(kāi)始傳輸,。串行模式的反饋命令傳輸速率為115.2kbit/s或1.92Mbit/s,。在兩個(gè)連續(xù)的命令或最開(kāi)始的命令之前，被鉗位在高電平（空閑狀態(tài)）,。
（3）對(duì)于串行3×8模式,，每個(gè)命令需要在3個(gè)串行命令包中發(fā)送。其中的每個(gè)串行數(shù)據(jù)包含一個(gè)起始位（低電平）,，8個(gè)串行比特和一個(gè)截至位（高電平）,。發(fā)送中沒(méi)有校驗(yàn)位。16個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)被分配在3組位數(shù)為8的串行數(shù)據(jù)中傳輸,。具體的數(shù)據(jù)格式都有相應(yīng)的定義,。
同樣的，這三組串行數(shù)據(jù)的速率可以為115.2kbit/s和1.92Mbit/s,，在兩個(gè)連續(xù)的命令或最開(kāi)始的命令之前,，被鉗位在高電平（空閑狀態(tài)）。串行3×8模式的字節(jié)定義結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
3 基站性能測(cè)試實(shí)例
基于R&S公司的LTE測(cè)試解決方案,，香港應(yīng)用科技研究所(ASTRI)研發(fā)的FemtoCell平臺(tái)已經(jīng)可以成功完成相應(yīng)基站測(cè)試項(xiàng)目。其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)完全符合最新的3GPP36.141測(cè)試規(guī)范,，其中包括收發(fā)測(cè)試及在多徑條件下的接收機(jī)性能測(cè)試,。ASTRI公司的FemtoCell平臺(tái)采用串行模式進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。其測(cè)試設(shè)備搭建如圖6所示,。
圖6 基于AMU與Femtocell的測(cè)試平臺(tái)
對(duì)應(yīng)基站接收機(jī)性能測(cè)試連接示意如圖7所示,。
圖7 基于AMU與Femtocell的上行接收機(jī)性能測(cè)試連接示意圖
對(duì)于基站接收機(jī)的性能測(cè)試，需要由測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的TD-LTE上行信號(hào),。目前,，R&S公司的AMU基帶源和SMU矢量源可以支持性能測(cè)試所需的上行自動(dòng)反饋選件,。ASTRI公司的被測(cè)設(shè)備Femto,，可以根據(jù)3GPP的要求設(shè)置相應(yīng)的反饋命令,。這樣可以驗(yàn)證上行信號(hào)的HARQ和時(shí)序調(diào)整功能，以模擬真實(shí)UE和基站之間的反饋過(guò)程,。此外,，也可以在特定的多徑條件下測(cè)試基站的吞吐量，進(jìn)而驗(yàn)證被測(cè)基站的性能,。
圖8所示為3GPP TS 36.141 8.2.1所需的測(cè)試框圖,，其目的在于在特定多徑模式下，基于HARQ測(cè)試系統(tǒng)的吞吐量,，以驗(yàn)證基站接收機(jī)的性能,。
圖8 基于GPP TS36.141 8.2.1 測(cè)試?yán)B接框圖
在常規(guī)測(cè)試中，除了需要產(chǎn)生支持實(shí)時(shí)反饋模式的上行TD-LTE信號(hào)源外,，還需要模擬多徑的衰落模擬器,。因此，在測(cè)試過(guò)程中需要對(duì)所有外接線纜引起的時(shí)延和損耗都進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn),。而基于雙通道SMU/AMU的LTE選件中自動(dòng)反饋模式,，能夠以最簡(jiǎn)單的配置完成相應(yīng)的測(cè)試需求，具體參見(jiàn)圖9,。
圖9 SMU實(shí)現(xiàn)的3GPP 36.141 8.2.1 性能測(cè)試框圖
最終測(cè)試結(jié)果可以通過(guò)控制軟件統(tǒng)計(jì)的CRC誤碼率得到,。如圖10所示為激活HARQ功能時(shí)對(duì)應(yīng)的CRC誤碼率和沒(méi)有激活HARQ功能時(shí)對(duì)應(yīng)的CRC誤碼率。對(duì)于ASTRI的測(cè)試基站而言,，當(dāng)激活HARQ時(shí),，其對(duì)應(yīng)CRC誤碼率小于15%，測(cè)試結(jié)果如圖10所示,。而沒(méi)有激活HARQ時(shí),，其對(duì)應(yīng)CRC誤碼約為20%，測(cè)試結(jié)果如圖11所示,。
圖10 HARQ激活時(shí)時(shí)8.2.1測(cè)試?yán)龑?duì)應(yīng)的CRC誤碼測(cè)試結(jié)果
圖11 HARQ未激活時(shí)時(shí)8.2.1測(cè)試?yán)龑?duì)應(yīng)的CRC誤碼測(cè)試結(jié)果
圖12所示為3GPP TS 36.141 8.2.2測(cè)試?yán)璧臏y(cè)試框圖,。測(cè)試目的在于特定信噪比情況下，對(duì)于運(yùn)動(dòng)終端時(shí)基站的HARQ和時(shí)序調(diào)整功能,，及對(duì)應(yīng)的吞吐量變化,。
圖12 基于3GPP TS 36.141 8.2.2測(cè)試?yán)B接框圖
測(cè)試中分別由測(cè)試設(shè)備模擬運(yùn)動(dòng)終端和固定終端。常規(guī)測(cè)試需要兩個(gè)實(shí)時(shí)信號(hào)源及相應(yīng)的衰落模擬器,。同樣設(shè)備間的損耗和時(shí)延需要進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn),。而基于雙通道SMU/AMU只用一臺(tái)儀表就可以完成相應(yīng)測(cè)試。其測(cè)試框圖如圖13所示,。
圖13 SMU實(shí)現(xiàn)的3GPP TS36.141 8.2.2 性能測(cè)試框圖
對(duì)于運(yùn)動(dòng)終端的模擬,，在SMU/AMU可以通過(guò)Moving Propagation的多徑模型來(lái)實(shí)現(xiàn),，同時(shí)可以設(shè)置相應(yīng)的時(shí)延等所參數(shù)，具體參見(jiàn)圖14,。
圖14 SMU/AMU實(shí)現(xiàn)的衰落模擬
對(duì)于ASTRI的被測(cè)基站而言,，當(dāng)HARQ和Timing Adjustment激活以后，其對(duì)應(yīng)的TA在16個(gè)Ts之內(nèi),，對(duì)應(yīng)CRC誤碼率結(jié)果為0,，具體參見(jiàn)圖15。
圖15 HARQ激活時(shí)時(shí)8.2.2測(cè)試?yán)龑?duì)應(yīng)的CRC誤碼及時(shí)序調(diào)整測(cè)試結(jié)果
當(dāng)沒(méi)有激活HARQ和Timing Adjustment功能時(shí),，其對(duì)應(yīng)的TA在大于16個(gè)Ts,，對(duì)應(yīng)CRC誤碼率結(jié)果不為0，具體參見(jiàn)圖16,。
圖16 HARQ未激活時(shí)時(shí)8.2.2測(cè)試?yán)龑?duì)應(yīng)的CRC誤碼及時(shí)序調(diào)整測(cè)試結(jié)果
除上面提到的測(cè)試項(xiàng)目外,，另外一個(gè)重要的基站性能測(cè)試項(xiàng)目是多徑衰落條件下的ACK檢測(cè)。此時(shí)需要基站的2個(gè)天線進(jìn)行分集接收,，有4個(gè)測(cè)試UE,。其中一個(gè)是需要的UE，而其他三個(gè)都是干擾UE,。測(cè)試框圖如圖17所示,。
圖17 基于3GPP TS 36.141 8.2.3測(cè)試?yán)B接框圖
從圖17中可以看出，對(duì)于8.2.3的測(cè)試需要模擬4個(gè)UE個(gè)8個(gè)衰落模擬器,，其相應(yīng)的AWGN選件,。常規(guī)測(cè)試設(shè)備需要4個(gè)LTE信號(hào)源及具有8個(gè)信道的衰落模擬器?；陔p通道的SMU/AMU可以以最低配置完成相應(yīng)的測(cè)試需求,，具體參見(jiàn)圖18。
圖18 SMU實(shí)現(xiàn)的3GPP TS36.141 8.2.3 性能測(cè)試框圖
從圖18可知,，其配置與4×2 MIMO設(shè)置基本相同,，并且不需要設(shè)置衰落模擬器之間的相關(guān)性。這也是目前業(yè)界對(duì)于8.2.3測(cè)試所需的最小配置,。
4 結(jié)束語(yǔ)
目前,，R&S公司的測(cè)試解決方案可以同時(shí)滿足ASTRI公司FDD LTE 和TD-LTE的測(cè)試平臺(tái)。這也是業(yè)界首次基于真實(shí)TD-LTE基站平臺(tái)在實(shí)時(shí)條件下完成HARQ和Timing功能測(cè)試,。結(jié)合本文給出的實(shí)測(cè)結(jié)果,，目前R&S公司的基站測(cè)試解決方案已經(jīng)可以完全滿足3GPP TS36.141的相應(yīng)測(cè)試需求。圖19為SMU/AMU配置清單,。
圖19 SMU/AMU配置清單