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使用訊號產生器進行LTE基地台之閉迴路測試
 

【作者: Gerald Tietscher】   2011年08月03日 星期三

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從GSM經過WCDMA及HSPA演進到LTE,相對的基地台也慢慢的進化。為了讓系統能快速地反映實際使用的通話品質,在HSPA的系統中使用了HARQ(混合自用重送需求)機制,將錯誤的封包將直接透過CRC的機制反映給基地台,而基地台也不需經過後端的RNC(網路控制中心)及核心網路來反映。


然而,更聰明的基地台意味著將使得測試更加複雜。如果依照UMTS R99 (3GPP TS25.141)的一致性測試要求,即信號產生器產生具有環境模擬和雜訊訊號的完整編碼參考測量通道。測量標準是被認為測試標準的誤碼率(BER)和封包錯誤率(BLER),可利用這些數據來進行不同基地台的品質量測。而這樣的測試不需要基地台回傳任何訊號。


由於在HSUPA和LTE的系統下有HARQ的運作,基地台主要將依照當時環境回報的調變參數及編碼率來進行最佳的選擇。因此,當測試基地台的能力時,將假設會有HARQ的重送機制。


及時控制測試儀器

從HARQ的結果可發現從UMTS典型的單路設定對HSUPA和LTE的測試是不足夠的。新一代的訊號產生器可產生LTE RF信號,並且包括環境因素和雜訊的產生,還可以即時的控制輸出信號。理論上,這應該是最佳的單機測試儀器。實際上,對於通訊中的HARQ操作來說,所有相關的控制信息從基地台通過適當的下行通道透過RF連接傳送到手機端(UE)。但是如何在性能測試時把訊號送回到測試儀器,因為根據定義信號產生器並沒有RF接收器,因為大部分都不需要用到。


如上所述,HARQ是基地台請求對空通訊數據封包重送的機制,如果它的CRC發生問題,即封包收到了錯誤。可能使用一種不同的向前錯誤校正的(FEC)方式來重送,被稱之為多餘版本(RV)。基地台將使用軟性結合,意味著它不會放棄錯誤數據封包,反而利用結合同樣用户數據的兩個版本來達到成功解碼。基地台送到手機的最小單位為一個位元- 如果封包被正確解碼了,會回送ACK,反之則回送NACK。然而,與HSUPA相比, LTE基地台也可能請求部分RV,回覆的訊息將會增加到3個位元。因此,除HARQ的操作之外,被稱之為預先評估時間(TA)的另一個做法是LTE 基地台一致性測試所規範的,並且需要在閉迴路下進行測試,這需要額外的6個位元或11個位元。


預先評估時間

什麼是TA?基地台會謹慎地對待同時從所有手機收到的訊號。這意味著減少內部訊號干擾,會使傳輸更加穩定。 當有不同的用戶位置跟基地台的距離不同,time-varying時間將使得信號延遲,它會使基地台傳送TA命令同步所有手機。手機會收到TA訊號來調整它的傳輸時間或跳過某些資料。TA命令可能是相對(6個位元)或絕對(11個位元)數值。


由此可知,基地台需要回送到測試儀器執行閉迴路的HARQ和TA位元數是相對比較少的。當然這類測試可透過通訊協定分析儀及外部通道模擬器來達成,不過這樣的測試會比較複雜且較昂貴。因此使用信號產生器來測試會是更好的選擇。它有著更卓著的RF表現,且更適合用於生產線的大量信號品質測試。


數位訊號從基地台送回測試儀器

要測試基地台的性能,基地台必需把訊息送回測試儀器,但是要如何正確的測試呢? 在3GPP LTE 基地台一致性測試規格中,TS36.141明白地陳述可以利用RF或數位訊號來回應。


即使信號產生器不可能收到RF信號,可是它是具有較多介面的測試儀器,可利用使用者自訂功能來定義輸入連接器的信號。 R&S SMU200A信號產生器可提供輸入TTL信號和可以接收的BNC連接頭,允許輸出信號的即時控制,只需要一個額外的信號線從基地台連接到信號產生器即可達成。對於HSUPA來說, 1個位元回應是足够的。 R&S SMU200A將會透過基地台送回的TTL信號來正確的判斷,低的TTL信號被辨認作為NACK時,高的TTL信號被解釋作為ACK。 然而這對LTE基地台測試是不足夠的,必須提供6位TA命令並且同時回傳多個命令(TA + HARQ)回到信號產生器。這個新概念允許HARQ (自動或RV請求),TA (絕對或相對)兩個組合的各式的命令被從基地台傳達到信號產生器,無需使用RF連接。反饋的TTL信號頻率可以選擇LTE的1.92 MHz或RS232的115.2 kHz時脈。 由於起動與結束信號都相對非常小,所以不需要使用額外時脈來進行無錯的接收。



《圖一  多功能RS232介面可利用一筆資料來傳送16 bits的控制訊號。》
《圖一 多功能RS232介面可利用一筆資料來傳送16 bits的控制訊號。》

Timing aspects

時間設定在此扮演著重要的角色。 一般來說,在實際操作時,UE需要上傳訊號時可從基地台的HARQ或TA控制資訊收到子框架資訊。 在實際測試環境中,信號產生器可正確的送出一樣的時間,以確保在RF訊號連線時的TTL信號與反饋的子框架時間是相同的。 如圖二可顯示HARQ閉迴路測試與TA概念圖。



《圖二  HARQ閉迴路測試與TA概念圖。》
《圖二 HARQ閉迴路測試與TA概念圖。》

只要能夠正確的送出時間,基地台就可同時透過子框架傳送多個命令,甚至可讓信號產生器模擬不同的手機,利用特殊的位元把訊號傳送出來。但這樣的設定可以在R&D端進行各種不同的測試應用而它也符合3GPP 基地台一致性測試的要求。然而,在3GPP第8版本中的MIMO測試是不包含在內的。但如果可以利用一台訊號產生器來模擬二支手機,而利用同一個反饋命令來傳送訊號,由此概念可說上行的MIMO已經可利用此方式來測試。


但如果您想要使用這條反饋線來測試,基地台必須能符合這樣的測試。首先需要利用一個可編程序的TTL信號送出基地台需要的時脈。然而這應該不是困難的事,因為現今的基地台已經有多個輸出口可利用來作為輸出信號。 再來,可能需要利用FPGA進行編程,因為基地台送出的下行訊號通常利用內部的TTL控制信息來傳送命令。您只需要確定在您傳送RF時的這些命令和你的子框架資料是同樣時間。


結論

以使用SMU200A這類的信號產生器為您的閉迴路LTE 基地台進行R&D和一致性測試,仍是需要一些額外的設定,但還是可達到測試目的。還可利用相當簡單的設定來進行更多測試,包括的環境因素模擬和雜訊產生,而不需要特別設定兩者之間的功率位準,只需一台儀器即可進行複雜的LTE閉迴路測試。


<本文作者與譯者皆任職於羅德史瓦茲>


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