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使用讯号产生器进行LTE基地台之闭回路测试
 

【作者: Gerald Tietscher】2011年08月03日 星期三

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从GSM经过WCDMA及HSPA演进到LTE,相对的基地台也慢慢的进化。为了让系统能快速地反映实际使用的通话品质,在HSPA的系统中使用了HARQ(混合自用重送需求)机制,将错误的封包将直接透过CRC的机制反映给基地台,而基地台也不需经过后端的RNC(网路控制中心)及核心网路来反映。


然而,更聪明的基地台意味着将使得测试更加复杂。如果依照UMTS R99 (3GPP TS25.141)的一致性测试要求,即信号产生器产生具有环境模拟和杂讯讯号的完整编码参考测量通道。测量标准是被认为测试标准的误码率(BER)和封包错误率(BLER),可利用这些数据来进行不同基地台的品质量测。而这样的测试不需要基地台回传任何讯号。


由于在HSUPA和LTE的系统下有HARQ的运作,基地台主要将依照当时环境回报的调变参数及编码率来进行最佳的选择。因此,当测试基地台的能力时,将假设会有HARQ的重送机制。


及时控制测试仪器

从HARQ的结果可发现从UMTS典型的单路设定对HSUPA和LTE的测试是不足够的。新一代的讯号产生器可产生LTE RF信号,并且包括环境因素和杂讯的产生,还可以即时的控制输出信号。理论上,这应该是最佳的单机测试仪器。实际上,对于通讯中的HARQ操作来说,所有相关的控制信息从基地台通过适当的下行通道透过RF连接传送到手机端(UE)。但是如何在性能测试时把讯号送回到测试仪器,因为根据定义信号产生器并没有RF接收器,因为大部分都不需要用到。


如上所述,HARQ是基地台请求对空通讯数据封包重送的机制,如果它的CRC发生问题,即封包收到了错误。可能使用一种不同的向前错误校正的(FEC)方式来重送,被称之为多余版本(RV)。基地台将使用软性结合,意味着它不会放弃错误数据封包,反而利用结合同样用户数据的两个版本来达到成功解码。基地台送到手机的最小单位为一个位元- 如果封包被正确解码了,会回送ACK,反之则回送NACK。然而,与HSUPA相比, LTE基地台也可能请求部分RV,回覆的讯息将会增加到3个位元。因此,除HARQ的操作之外,被称之为预先评估时间(TA)的另一个做法是LTE 基地台一致性测试所规范的,并且需要在闭回路下进行测试,这需要额外的6个位元或11个位元。


预先评估时间

什么是TA?基地台会谨慎地对待同时从所有手机收到的讯号。这意味着减少内部讯号干扰,会使传输更加稳定。当有不同的用户位置跟基地台的距离不同,time-varying时间将使得信号延迟,它会使基地台传送TA命令同步所有手机。手机会收到TA讯号来调整它的传输时间或跳过某些资料。 TA命令可能是相对(6个位元)或绝对(11个位元)数值。


由此可知,基地台需要回送到测试仪器执行闭回路的HARQ和TA位元数是相对比较少的。当然这类测试可透过通讯协定分析仪及外部通道模拟器来达成,不过这样的测试会比较复杂且较昂贵。因此使用信号产生器来测试会是更好的选择。它有着更卓著的RF表现,且更适合用于生产线的大量信号品质测试。


数位讯号从基地台送回测试仪器

要测试基地台的性能,基地台必需把讯息送回测试仪器,但是要如何正确的测试呢? 在3GPP LTE 基地台一致性测试规格中,TS36.141明白地陈述可以利用RF或数位讯号来回应。


即使信号产生器不可能收到RF信号,可是它是具有较多介面的测试仪器,可利用使用者自订功能来定义输入连接器的信号。 R&S SMU200A信号产生器可提供输入TTL信号和可以接收的BNC连接头,允许输出信号的即时控制,只需要一个额外的信号线从基地台连接到信号产生器即可达成。对于HSUPA来说, 1个位元回应是足够的。 R&S SMU200A将会透过基地台送回的TTL信号来正确的判断,低的TTL信号被辨认作为NACK时,高的TTL信号被解释作为ACK。 然而这对LTE基地台测试是不足够的,必须提供6位TA命令并且同时回传多个命令(TA + HARQ)回到信号产生器。这个新概念允许HARQ (自动或RV请求),TA (绝对或相对)两个组合的各式的命令被从基地台传达到信号产生器,无需使用RF连接。反馈的TTL信号频率可以选择LTE的1.92 MHz或RS232的115.2 kHz时脉。由于起动与结束信号都相对非常小,所以不需要使用额外时脉来进行无错的接收。



《图一 多功能RS232接口可利用一笔数据来传送16 bits的控制讯号。》
《图一 多功能RS232接口可利用一笔数据来传送16 bits的控制讯号。》

Timing aspects

时间设定在此扮演着重要的角色。一般来说,在实际操作时,UE需要上传讯号时可从基地台的HARQ或TA控制资讯收到子框架资讯。在实际测试环境中,信号产生器可正确的送出一样的时间,以确保在RF讯号连线时的TTL信号与反馈的子框架时间是相同的。如图二可显示HARQ闭回路测试与TA概念图。



《图二 HARQ闭回路测试与TA概念图。》
《图二 HARQ闭回路测试与TA概念图。》

只要能够正确的送出时间,基地台就可同时透过子框架传送多个命令,甚至可让信号产生器模拟不同的手机,利用特殊的位元把讯号传送出来。但这样的设定可以在R&D端进行各种不同的测试应用而它也符合3GPP 基地台一致性测试的要求。然而,在3GPP第8版本中的MIMO测试是不包含在内的。但如果可以利用一台讯号产生器来模拟二支手机,而利用同一个反馈命令来传送讯号,由此概念可说上行的MIMO已经可利用此方式来测试。


但如果您想要使用这条反馈线来测试,基地台必须能符合这样的测试。首先需要利用一个可编程序的TTL信号送出基地台需要的时脉。然而这应该不是困难的事,因为现今的基地台已经有多个输出口可利用来作为输出信号。再来,可能需要利用FPGA进行编程,因为基地台送出的下行讯号通常利用内部的TTL控制信息来传送命令。您只需要确定在您传送RF时的这些命令和你的子框架资料是同样时间。


结论

以使用SMU200A这类的信号产生器为您的闭回路LTE 基地台进行R&D和一致性测试,仍是需要一些额外的设定,但还是可达到测试目的。还可利用相当简单的设定来进行更多测试,包括的环境因素模拟和杂讯产生,而不需要特别设定两者之间的功率位准,只需一台仪器即可进行复杂的LTE闭回路测试。


<本文作者与译者皆任职于罗德史瓦兹>


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