測試LTE:您需要知道什么

Phil Medd

摘要：首批LTE網絡已投入使用，大規模提供移動寬帶服務方面成為主題。并非所有技術問題都已解決，用戶獲得下一代蜂窩技術的全部好處前仍然有問題需要克服，LTE服務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的意義上考察了這方面的一些問題

關鍵詞：LTE；測試；Aeroflex；協議測試

在考察有關用戶終端(LIE)設計的技術問題之前，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終端的正式認證尚未開始。主要認證機構(GCF，PTCRB)計劃在2010年12月推出用于協議、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?

對于支持高數據率(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用戶數量的增加，小區中所有用戶在無線網絡上的帶寬共享將成為一個重要因素，如果小區中用戶數量太多，那么性能就可能受到影響。另外，隨著活動用戶數量的增加，小區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據網絡，還要滿足數據用戶對全球漫游的期望。盡管這在技術上是可行的，但漫游數據業務收費過高的問題還需要加以解決。另一方面，對網絡運營商來說，統一費率數據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據量而獲得的卻是固定的收入。

由于LTE是CDMA2000網絡運營商(如Werizon Wireless)的下一代技術選擇，所以與3GPP2 CDMA2000高費率分組數據業務的互通是一個明確要求。在LTE無線網絡接口處合并3GPP和3GPP2網絡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期目標。

對網絡運營商來說，維持同時使用IP網絡和傳統電路交換網絡的語音業務將會是一大挑戰。主流網絡運營商在2010年移動通信世界大會(MobileWorld Congress 2010)上宣布的有關VoLTE(語音LTE)標準化的協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)技術仍然需要進行大規模部署。

迎接測試需求挑戰

要滿足LTE終端設備的嚴格要求，關鍵在于將設計分成子系統，并制定一個允許在測試完整終端之前對每個設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布階段，包括現場試驗及一致性測試。

無論終端設計是從頭開始、基于較早前的設計還是使用第三方集成組件，都需要進行多項關鍵性能測量。其中一些測量(如最大輸出功率、功率控制和接收機靈敏度)是早前技術已經熟悉的，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％。這會對一些調制器架構帶來挑戰，因為它會導致小區邊緣處的EVM值較高，所以在設計階段要特別注意這一點。

由于一些測試(如功率控制)的動態性質，所以需要使用信令協議來建立測量條件。這就要求測試設備必須包括協議棧和模擬演進型節點B(eNB)基站。由于這些測量通常是由RE工程師而不是協議專家來執行的，所以所用的測試設備必須易于配置，使工程師能夠將精力集中于測量本身。

協議測試

協議棧開發者面臨的主要挑戰之一是確保狀態變化響應要求得到滿足。雖然LTE規范已經將終端設備的可能狀態數量減少到RRC IDLE和RRC CONNECTED，但是在需要發送數據時，從一種狀態變為另一種狀態所需的時間將構成時延預算的一大部分。在RRC IDLE模式下，終端設備盡可能將自身處于低功耗狀態，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。當數據傳輸時間預定后，終端必須處于喚醒狀態并快速同步其上行鏈路。

在協議測試過程中，用于生成測試用例的工作量常常與創建協議棧的工作量一樣多、所以擁有全面而高效的測試設施很重要。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建測試情景，就必須擁有對測試設備的詳細控制，但這需要盡可能地易于使用，以避免痛苦的學習過程。圖形化測試描述(例如由場景向導所提供的)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、協議棧和應用層實現集成，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，必須查出和消除數據傳輸瓶頸，以最大化數據吞吐量——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。

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

雖然LTE物理層使用循環前綴來增加對多徑效應的抵制。但需要對之進行測試，以確保正確運行。將此測試留到現場試驗階段會增加開發風險。現在測試設備供應商提供了內建衰落模擬器和噪聲發生器的工具，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是其實現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諧狀態，即使存在多普勒頻移效應也不例外。不同步會導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。

結語

下一代移動終端需要提供能夠滿足網絡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內得到保持將是最艱巨的挑戰，特別在小區內用戶數量增加以及由此而產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、協議和系統級測試。測試設備廠商正在提供這一功能，新型及升級型儀器、測試儀和系統已陸續上市。

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