1 eNodeB測(cè)試的關(guān)注點(diǎn)

　　LTE系統(tǒng)獨(dú)特的特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了LTE系統(tǒng)的高速率、低時(shí)延和最優(yōu)分組的需求，然而為了保證LTE系統(tǒng)中eNodeB設(shè)備真正具有這些新功能及技術(shù)指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試有效性，對(duì)eNodeB關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的測(cè)試勢(shì)在必行。eNodeB測(cè)試的主要關(guān)注以下方面。

　　(1)LTE系統(tǒng)中子載波之間的正交性是高速率性能得以實(shí)現(xiàn)的前提，也是接收端正確接收的根本保證。因此LTE系統(tǒng)中必須要保證OFDM子載波之間的正交性以及上行各用戶所占用子載波之間的正交性，這也是eNodeB的測(cè)試重點(diǎn)之一。

　　(2)MIMO各種模式分別保證了LTE高峰值速率、小區(qū)邊緣的覆蓋及小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。因此對(duì)eNodeB設(shè)備中MIMO不同模式的測(cè)試是保證LTE系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)的必要測(cè)試。

　　(3)LTE系統(tǒng)引入了多載波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信道帶寬內(nèi)子載波的靈活調(diào)度及分配，這是保證多用戶寬帶接入的前提。因此，OFDM子載波的靈活調(diào)度及在多用戶之間的分配也是eNodeB設(shè)備的關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)之一。

　　(4)LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機(jī)制是LTE系統(tǒng)的顯著技術(shù)特征，因此驗(yàn)證多個(gè)eNodeB設(shè)備之間干擾協(xié)調(diào)的測(cè)試是不可或缺的。

　　(5)對(duì)eNodeB的測(cè)試還將包括驗(yàn)證E-MBMS的實(shí)現(xiàn)及其在各個(gè)小區(qū)之間的無縫切換。

　　2 eNodeB測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

　　在LTE基站eNodeB型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)上市之前，需要進(jìn)行完備的基站設(shè)備測(cè)試，包括軟件測(cè)試、硬件測(cè)試以及無線指標(biāo)測(cè)試。這將涵蓋LTE的協(xié)議一致性測(cè)試、無線性能指標(biāo)一致性測(cè)試、無線資源管理的一致性測(cè)試和端到端的業(yè)務(wù)驗(yàn)證測(cè)試等，這些組成了eNodeB認(rèn)證測(cè)試的基礎(chǔ)。

　　由于LTE系統(tǒng)的工作頻率從700 MHz跨越到3 GHz，信道帶寬從1.4MHz到20 MHz的靈活配置，使得eNodeB硬件的設(shè)計(jì)及測(cè)試都具有很大的挑戰(zhàn)。同時(shí)LTE系統(tǒng)提出了更高的性能需求指標(biāo)，并引入了如OFDM、MIMO等多項(xiàng)關(guān)鍵新技術(shù)，因此在研發(fā)過程中，eNodeB測(cè)試將需要全新的測(cè)試平臺(tái)、測(cè)試用例及測(cè)試方法。

　　在eNodeB設(shè)備測(cè)試中，對(duì)上下行信道和信號(hào)的測(cè)試是必不可少的。帶有LTE選件的信號(hào)發(fā)生器可以用來產(chǎn)生上行信號(hào)，頻譜分析儀可以用來檢驗(yàn)下行信號(hào)。MIMO是LTE系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)之一，因此信號(hào)發(fā)生器應(yīng)支持MIMO制式和多徑衰落。物理信道和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y(cè)試也可利用信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀完成。然而完整的LTE測(cè)試，還包括協(xié)議和物理層的測(cè)試，這些測(cè)試需要上下行的交互過程，例如HARQ、RACH過程。系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試環(huán)境是真實(shí)的終端和eNodeB通過真實(shí)的無線環(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(cè)試初期，LTE協(xié)議測(cè)試可以采用模擬的終端和模擬的核心網(wǎng)實(shí)體，采用信道模擬器模擬設(shè)備在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的性能，實(shí)現(xiàn)小區(qū)中央及邊緣位置信號(hào)強(qiáng)度的模擬，從而減少實(shí)地測(cè)量的需求。LTE的協(xié)議層測(cè)試與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不同之處在于，無線資源控制(RRC)狀態(tài)，以及aGW網(wǎng)元和eNodeB對(duì)UE上下文RCC狀態(tài)的保留。因此為了能夠測(cè)試這些不同的特征，需要靈活的測(cè)試設(shè)備，并提供一個(gè)可編程界面，能夠設(shè)置RRC的模式。

　　LTE系統(tǒng)將與其他標(biāo)準(zhǔn)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)共存，為了達(dá)到很好的地域覆蓋，LTE系統(tǒng)與2G、3G基站以及非3GPP系統(tǒng)之間的融合以及無縫切換變得至關(guān)重要。eNodeB必須支持與GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))/ED-GE(增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù))、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA、cdma2000 1x等相互之間的切換。這就必然要求測(cè)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(xiàn)對(duì)eNodeB的測(cè)試。此外，LTE是一個(gè)全I(xiàn)P核心網(wǎng)，需要端到端應(yīng)用程序測(cè)試，并且由于LTE系統(tǒng)將支持更豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用，例如VoIP、FTP或多媒體數(shù)據(jù)流等，因此對(duì)于業(yè)務(wù)應(yīng)用的測(cè)試比以前更加重要、更加復(fù)雜。

　　eNodeB的測(cè)試環(huán)境及測(cè)試內(nèi)容將包括以下內(nèi)容。

　　(1)連接所有的網(wǎng)絡(luò)單元，并驗(yàn)證所有的接口

　　eNodeB設(shè)備測(cè)試：eNodeB作為被測(cè)設(shè)備，利用真實(shí)的eNodeB、MMEs、aGW 和UE或采用模擬的設(shè)備。

　　互操作性測(cè)試：LTE MME 與UTRAN 和GERAN 網(wǎng)絡(luò)。

　　(2)語音，多媒體和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

　　語音業(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、IPv6、IPSec。

　　QoS分析。

　　QoE測(cè)量。

　　(3)對(duì)eNodeB設(shè)備的軟件測(cè)試、硬件測(cè)試及無線指標(biāo)測(cè)試。

　　(4)負(fù)面測(cè)試：驗(yàn)證系統(tǒng)在錯(cuò)誤條件下的行為。

　　(5)安全性驗(yàn)證。

    3 eNodeB的測(cè)試方法

　　為了保證無線通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行全面測(cè)試。完全的基站設(shè)備測(cè)試包括無線指標(biāo)測(cè)試、軟件測(cè)試和硬件測(cè)試，其中軟件測(cè)試又包括基本接口測(cè)試，操作維護(hù)測(cè)試以及功能測(cè)試。無線指標(biāo)測(cè)試、軟件測(cè)試以及硬件測(cè)試相互補(bǔ)充、缺一不可，共同決定著無線通信系統(tǒng)基站設(shè)備使用性能的驗(yàn)證。

　　基站的完全測(cè)試會(huì)根據(jù)不同通信系統(tǒng)的特征而有不同的測(cè)試方法和測(cè)試用例，但由于無線通信系統(tǒng)具有相似的通信功能，基站設(shè)備具有相似的功能模塊及操作維護(hù)機(jī)制，并且無線電波具有固有的無線電磁波特性，因此基站設(shè)備的完全測(cè)試具有相同的基本測(cè)試原理，相應(yīng)的存在著部分通用的測(cè)試方法和測(cè)試用例。由于LTE系統(tǒng)中eNodeB具有前所未有的性能和技術(shù)特點(diǎn)，因此在測(cè)試用例及相應(yīng)測(cè)試方法上也具有獨(dú)特的需求。

　　3.1 無線指標(biāo)測(cè)試

　　無線通信系統(tǒng)的信道受限于功率和帶寬，同時(shí)由于無線信道的非線性特性以及通信容量的日益增加、各種通信系統(tǒng)的共存，導(dǎo)致系統(tǒng)間以及系統(tǒng)內(nèi)各信道間的干擾問題愈加突出。為了避免各通信系統(tǒng)之間的干擾并保證系統(tǒng)正常工作，要求系統(tǒng)基站設(shè)備發(fā)射的調(diào)制信號(hào)的功率盡可能集中在頻帶內(nèi)，具有快速滾降的頻譜特征，并且接收端必須具有抑制干擾的能力及良好的靈敏度。這些特性的驗(yàn)證是無線指標(biāo)測(cè)試過程的主要內(nèi)容。

　　無線指標(biāo)測(cè)試包括發(fā)射端和接收端的測(cè)試。在發(fā)射端，考察信號(hào)的調(diào)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(hào)調(diào)制質(zhì)量的好壞會(huì)影響接收端的解調(diào)能力，因此必須對(duì)調(diào)制質(zhì)量進(jìn)行全方位的評(píng)估，包括調(diào)制幅度誤差、發(fā)射頻率誤差以及相位噪聲。在接收端，測(cè)量接收機(jī)在各種干擾情況下的接收靈敏度。LTE系統(tǒng)作為無線通信系統(tǒng)的一種，eNodeB的無線指標(biāo)測(cè)試包括無線通信系統(tǒng)所要求的上述常規(guī)測(cè)試用例。

　　由于LTE系統(tǒng)采用了OFDM/OFDMA技術(shù)，把信道帶寬劃分為很多正交子載波，而在測(cè)試過程中，用戶所使用的OFDM子載波在信道帶寬中的不同位置可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)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于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(cè)試用例中占用資源塊的位置必須有多種配置以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)信道帶寬所有子載波的覆蓋，測(cè)試是否所有子載波都滿足規(guī)范要求的無線性能指標(biāo)。

　　此外，OFDM子載波間的正交性是LTE系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的前提保證，因此在無線指標(biāo)測(cè)試中將全面考察OFDM子載波正交性，OFDM符號(hào)同步程度以及采樣同步情況。這些特征將共同影響信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量。在單載波網(wǎng)絡(luò)中，影響調(diào)制質(zhì)量的因素主要是射頻單元中器件的非理想特性，然而由于OFDM系統(tǒng)不可避免地存在子載波正交性，符號(hào)同步及采樣同步的誤差，使得LTE系統(tǒng)中的信號(hào)調(diào)制質(zhì)量相比于單載波網(wǎng)絡(luò)會(huì)更加惡化。因此，調(diào)制質(zhì)量將成為基站設(shè)備測(cè)試中最為重視的測(cè)試項(xiàng)之一。

　　以下將以調(diào)制質(zhì)量的測(cè)試作為討論重點(diǎn)，首先分析調(diào)制質(zhì)量誤差產(chǎn)生的原因，以及影響調(diào)制質(zhì)量測(cè)量結(jié)果的因素，并在此基礎(chǔ)上提出有效的測(cè)試方法和建議。

　　通常用來表征系統(tǒng)調(diào)制質(zhì)量的參數(shù)為誤差矢量幅度(EVM)，它可以很好地表征數(shù)字調(diào)制信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量。3GPP定義了LTE系統(tǒng)中EVM測(cè)試項(xiàng)為符號(hào)EVM，符號(hào)EVM的測(cè)試將考慮具體的信道配置情況，分析信號(hào)失真對(duì)不同傳輸速率下的專用物理信道的影響。由分析知，EVW的大小由相位噪聲和幅度誤差的大小共同決定。

　　在單載波網(wǎng)絡(luò)中，EVM的產(chǎn)生是因?yàn)樵谏漕l單元器件中存在本振泄露、本振相位噪聲和功放非線性失真。本振泄露表征了調(diào)制器的不平衡，表現(xiàn)為IQ偏移，數(shù)值上等于泄露的本振功率與調(diào)制信號(hào)平均功率之比，本振泄露特性降低了功率利用率。本振相位噪聲表征了本振源短期穩(wěn)定度，它將引起相位誤差，但不會(huì)影響信號(hào)幅度。功放的非線性失真表征了放大器的幅相轉(zhuǎn)移特性(AM/PM)，并且隨著輸入到功放的信號(hào)功率增加，功放將產(chǎn)生惡劣的相位失真，從而影響EVM的測(cè)量值。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提高本振電平可以改善發(fā)射端的網(wǎng)絡(luò)線性度，從而改善EVM的測(cè)量值。

　　因此，EVM并不是一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)指標(biāo)，它除了由實(shí)際電路的非理想因素決定之外，還受發(fā)射功率、本振電平功率的影響。因此為了有效評(píng)估硬件設(shè)備的非理想因素，有必要將EVM指標(biāo)與功率結(jié)合起來考慮，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制質(zhì)量的高效測(cè)試。

　　為了保證LTE系統(tǒng)的正常工作并為高速率傳輸提供保障，在eNodeB設(shè)備的無線指標(biāo)測(cè)試中，應(yīng)充分重視有效的EVM指標(biāo)測(cè)量方法，因此以下對(duì)相關(guān)的測(cè)試方法提出了新的建議。

　　在射頻單元的功率效率測(cè)試用例中，應(yīng)在滿足規(guī)范要求的EVM指標(biāo)的條件下，計(jì)算射頻單元的功率效率，這避免了犧牲功率效率、降低相位失真程度而換取EVM指標(biāo)的提高。在最大發(fā)射功率、總功率的動(dòng)態(tài)范圍以及頻率模版、鄰信道泄露功率比的測(cè)試用例中，應(yīng)在滿足規(guī)范要求的EVM指標(biāo)的條件下，分別測(cè)試上述用例。這是因?yàn)長(zhǎng)TE系統(tǒng)得以運(yùn)行的前提是EVM指標(biāo)滿足規(guī)范要求，因此最大發(fā)射功率、總功率動(dòng)態(tài)范圍等測(cè)試用例也必須在LTE系統(tǒng)能夠正常接收解調(diào)的工作條件下進(jìn)行測(cè)試。在EVM指標(biāo)的測(cè)試用例中，為了保證測(cè)試結(jié)果的有效性，并能真實(shí)反映硬件設(shè)備的非理想特征，應(yīng)在保證功率效率的前提下，規(guī)定本振功率，測(cè)量EVM指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。

　　LTE系統(tǒng)由于采用了多載波調(diào)制技術(shù)，使得EVM指標(biāo)相對(duì)于單載波網(wǎng)絡(luò)更加難以改善。子載波的頻譜相互重疊的特點(diǎn)對(duì)子載波間的正交性提出了嚴(yán)格的要求，然而信道中存在的多普勒頻移，以及發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本振之間的頻差，都會(huì)引起頻率偏移，導(dǎo)致子載波間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生子載波間干擾(ICI)。此外，由于OFDM符號(hào)周期較長(zhǎng)，所以對(duì)本振相位噪聲更為敏感。

　　本振的相位噪聲會(huì)導(dǎo)致子載波間正交性的喪失，它將引入公共相位誤差(CPE)和子載波間干擾(ICI)，導(dǎo)致LTE系統(tǒng)性能下降。這些都將進(jìn)一步惡化EVM指標(biāo)，因此3GPP對(duì)于EVM的指標(biāo)要求也略微不如UTRA嚴(yán)格：基于QPSK調(diào)制信號(hào)的EVM指標(biāo)從17.5%增加到18.5%，基于16QAM調(diào)制信號(hào)的EVM指標(biāo)從12.5%增加到13.5%。研究表明，LTE系統(tǒng)中EVM的值更依賴于在放大器輸入端OFDM符號(hào)的輸入功率，而與子載波的調(diào)制方式無關(guān);不同的調(diào)制方式對(duì)接收端的靈敏度影響不大。因此，上述QPSK和16QAM的EVM指標(biāo)略有差別，但各調(diào)制方式的EVM指標(biāo)不會(huì)有太大差異。

    3.2 軟件測(cè)試

　　無線指標(biāo)的測(cè)試環(huán)境僅需要產(chǎn)生獨(dú)立的上行或下行信號(hào)，而軟件的測(cè)試環(huán)境需要保證用戶、基站以及核心網(wǎng)之間存在信息交互。基站設(shè)備的軟件測(cè)試內(nèi)容包括基站與外部設(shè)備的接口測(cè)試、基本功能測(cè)試以及操作維護(hù)測(cè)試。接口測(cè)試包括基站設(shè)備與核心網(wǎng)之間的接口測(cè)試，以及基站設(shè)備之間的接口測(cè)試。接口的功能是正確傳遞用戶、基站以及核心網(wǎng)之間的交互信息，并建立無線接入承載，處理用戶上下文。基本功能測(cè)試包括物理層及高層關(guān)鍵技術(shù)的測(cè)試，還包括性能測(cè)試，如峰值吞吐量、時(shí)延測(cè)試等。此外，基站設(shè)備作為一項(xiàng)產(chǎn)品，操作維護(hù)系統(tǒng)是必不可少的。操作維護(hù)系統(tǒng)將包括可視化圖形界面和完善的用戶操作手冊(cè)。對(duì)基站設(shè)備的操作維護(hù)測(cè)試就是對(duì)上述操作維護(hù)系統(tǒng)的功能分別進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證操作維護(hù)系統(tǒng)的功能完備性。

　　eNodeB的軟件測(cè)試也包括上述幾項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容，但由于接口測(cè)試和操作維護(hù)測(cè)試與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基本相似，因此此處將針對(duì)eNodeB的測(cè)試關(guān)注點(diǎn)介紹基本功能測(cè)試的測(cè)試用例及測(cè)試方法。eNodeB的基本功能測(cè)試包括基本業(yè)務(wù)測(cè)試和特性測(cè)試，其中基本業(yè)務(wù)測(cè)試的測(cè)試方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相同，由于eNodeB又具有了傳統(tǒng)RNC的部分功能，因此基本業(yè)務(wù)測(cè)試的關(guān)注點(diǎn)在于eNodeB的功能實(shí)現(xiàn)，具體測(cè)試項(xiàng)及測(cè)試方法如表1所示。   

　　3.3 硬件測(cè)試

　　在通常情況下，基站設(shè)備最重要的硬件組成部分是基帶單元和射頻單元，此外還包括操作維護(hù)平臺(tái)以及可調(diào)電源等?；驹O(shè)備的硬件測(cè)試主要包括基帶單元和射頻單元的功能測(cè)試?；鶐卧臏y(cè)試包括，基帶單元所支持的最大扇區(qū)數(shù)或基帶單元所能支持的射頻單元的最大數(shù)目;基帶單元所支持的調(diào)制方式是否滿足系統(tǒng)需求;對(duì)于同步通信系統(tǒng)，需要驗(yàn)證不同基站設(shè)備的基帶單元之間是否同步，是否與GPS同步等。射頻單元的測(cè)試包括，射頻單元的工作頻帶和帶寬，在該工作頻帶和帶寬內(nèi)是否能建立與終端的無線鏈接，是否能調(diào)度該帶寬內(nèi)的資源;射頻單元的總射頻輸出功率是否滿足規(guī)范的規(guī)定值;射頻單元的功率效率等。此外，硬件測(cè)試還包括基帶單元與射頻單元之間接口測(cè)試。

　　LTE的提出使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商面臨著eNodeB站點(diǎn)選擇及配置的嚴(yán)峻問題，因此eNodeB與2G，3G基站共站、共址成為了最優(yōu)解決方案，然而，eNodeB與2G、3G基站之間的干擾問題成為了亟待解決的關(guān)鍵性問題。因此，在LTE的eNodeB硬件測(cè)試中，共站、共址條件之間的抗干擾性能是重要的測(cè)試項(xiàng)之一。此外，有研究提出，在多種通信制式共存條件下，建議采用軟件配置實(shí)現(xiàn)不同的無線通信制式，可提高硬件資源的利用率，實(shí)現(xiàn)各種通信制式的靈活配置，并降低重復(fù)建站的工程量。

　　此外，eNodeB設(shè)備的硬件測(cè)試還應(yīng)包括安全性和健壯性的通用測(cè)試項(xiàng)。其中，安全性是指基站設(shè)備的設(shè)計(jì)具備安全性，不會(huì)對(duì)操作人員帶來身體傷害。例如，是否具有尖銳的棱角等。健壯性是指基站設(shè)備在一些惡劣環(huán)境中正常工作。例如，在一定的震動(dòng)及碰撞環(huán)境中，設(shè)備是否仍能正常工作。