LTE基站的RF一致性测试

2016-07-20 09:59:56来源: mwrf
LTE基站而言,RF测试方法与一致性要求至为关键,然而,调变格式、带宽、资源分配与移动性导致选项复杂度增加,因此优化的一致性测试配置参数组合需求更为殷切。

第三代合作伙伴项目(3GPP)长期演进计划(LTE)能否成功部署,一大部分取决于系统中不同组件的兼容性,以及彼此之间能否有效地互通。通过一致性测试(Conformance Testing),可确保这些组件的性能符合3GPP规格所定义的最低要求。就LTE的基站而言,一致性测试的重点在于采分频双工(FDD)或分时双工(TDD)运作模式的基站所需要的射频(RF)测试方法与一致性的要求。

复杂又弹性的LTE空中接口(Air Interface)就调变格式(QPSK、16QAM和64QAM)、带宽(FDD和TDD)、资源分配及移动性而言,支持众多的选项,使得可以测试的RF配置排列组合数目相当庞大。选择LTE RF一致性测试的配置组合时,3GPP耗费很大的功夫,找出能代表最艰难运作环境的参数组合,如此一来,当产品通过测试时,设计工程师才能合理相信除了这些指定的测试条件之外,所设计出来的设备在更多种的组合条件下,性能仍令人满意。

1、LTE基站一致性测试分三大类别

LTE基站的RF一致性测试遵循一套标准的格式,包括测试的名称,参数的定义和该项测试对所有或部分设备的适用性,参照3GPP核心规格的从属条款的定义,订出最低的一致性要求及测试目的等。

虽然从测试的名称即可明显看出测试目的,但产品有时候可能无法通过测试,究其原因却与测试目的一点关系也没有。有时候测试产生的只是中间的结果,可能对其他的测试意义非凡。不过,一致性测试的结果是否合格只会取决于测试目的中所列的特定项目。清楚载明的测试目的有助于理清何为重要、不重要,特别是将原本无须测试的最低要求项目由核心规格移至最低一致性要求的从属条款中时。除了因改用正交分频多重存取(OFDMA)调变方法所影响到的测试项目以外,LTE基站的一致性测试与通用移动电信系统(UMTS)其实很类似。基站的RF一致性测试定义列在3GPP技术规格36.141中,所依据的是核心规格TS 36.104。

一致性测试分为三大类别:发射器的特性、接收器的特性及性能的要求。

(1)、发射器特性近似UMTS

表1列出一致性测试规格中定义的发射器特性测试项目,这些测试几乎完全按照UMTS的模式,其间的差别主要是因为LTE的上行链路采用OFDMA技术。由于LTE广泛使用发射分集(Transmit Diversity)、空间多任务、及波束定向(Beamsteering)等技术,因此发射器分支(Branch)之间的时间对准测试尤其重要。时间对准的精确度必须达到65纳秒,如同UMTS,它的规格订为传输片段(Chip)的四分之一时间(65纳秒)。

 
表1 基站的RF发射器特性测试项目

下行链路之参考信号的功率测试(TS 36.141从属条款6.5.4)相当于原本UMTS之共通导引通道(CPICH)的功率准确度测试。

(2)、选择能力测试为接收器特性的独有项目

接收器特性的一致性测试项目如表2所列,值得注意的是通道内的选择能力(In-channel Selectivity)测试(从属条款7.4),这是OFDMA特有的测试,目的是要了解接收器在直流载波的一侧存在较大信号时,另一侧在一次的接收分配期间是否还能维持特定的传输率。此项测试会检查接收器的IQ失真度,是UE发射器的IQ镜像要求项目中,频带内发射量(In-band Emission)的相反。

表2 基站的RF接收器特性测试项目

(3)、性能要求依从属条款8的规定

表3列出TS 36.141目前所定义的基站性能测试项目,这些仅代表TS 36.104从属条款8所规定的部分要求。

表3 基站的RF性能测试项目

2、下行链路的测试模式一分为三

基站发射器的一致性测试会使用下行链路的配置方式来进行,称为E-UTRA测试模式(E-TM)。这个概念源自于UMTS,但雷同处也仅此而已。下行链路的OFDMA调变格式极具弹性,也就是说需要很多参数才能完整地定义出一个信号。检视36.141从属条款6.1.1中有关E-TM的定义,可清楚地看到LTE信号的结构已复杂许多。

当中,定义三种不同类别的测试模式:E-TM1、E-TM2及E-TM3。其中,第一种和第三种还做进一步的细分。所有测试模式的共通特性包括针对单一天线端口、单一代码(Codeword)、单一层来定义,没有预编码(Precoding)存在;单一个信框(Frame)的长度为10毫秒;使用一般的循环前缀(Cyclic Prefix);使用局部的虚拟资源区块,不支持实体下链路分享信道(PDSCH)的子信框内跳频;仅使用基站指定的参考信号,不使用UE指定的参考信号。

PDSCH的数据内容是依据TS 36.211,从一连串的零,使用长度为31的黄金码(Gold Code)加以扰码所产生,参考信号及主要、次要的同步信号也是如此产生。PBCH、PCFICH、PHICH及PDCCH等实体信道皆有详细的定义。

就每一种E-TM而言,都是以相对于参考信号功率的特定功率,将每一个实体信号和实体信道分配到个别的信道中。同时要考虑的是因通道带宽有六种,所以每一种E-TM也会有六种不同的对应方式。E-TM若采用功率加强或减弱的方法,则还需要另一张对应表,以信道带宽的函数列出功率加强、减弱的方法适用于哪些解析带宽。

表4 E-UTRA测试模式与测试项目的对照
按照表4所载,每一种E-TM的定义都有其特定的用途。3.5MHz E-TM3.3的测试信号是利用安捷伦(Agilent)Signal Studio信号产生软件生成,且信号中会加入振幅切截(Amplitude Clipping)的失真,以特别评估这种失真对整个子信框错误矢量强度(EVM)对照时间的影响。运用安捷伦89601A矢量信号分析软件量测这种信号的结果如图1所示,从右上角的轨迹可以看出EVM对照时间的变化情形。
图1 5 MHz的 E-TM3.3分析结果

3、测试LTE基站接收器/性能 上行链路的固定参考通道不可或缺

LTE基站的接收器和性能测试是利用上行链路的固定参考通道(FRC)来进行,方法类似UMTS。基站的FRC在概念上很类似UE测试所使用的参考量测通道。在大部分的情况下,都是用单端的信号,可通过信号产生器来产生,毋须回馈任何的实时信息。

表5所示的64QAM范例使用的是六分之五的编码率(Code Rate),目的是要测试是否符合最高传输率的要求。就A5-7的100RB例子而言,每1毫秒的子信框有86,400位,代表最高传输率为86.4Mbit/s。在信号衰减的环境中量测基站的性能是否符合要求所依据的标准是,在特定的条件下,实测的传输率须达到最高传输率的一定比率。TS 36.141表8.2.1.5-6所举的一个范例显示,当信噪比(SNR)高于19.7dB时,须要使用一个双通道的eNB接收器,它得在含有5Hz都卜勒效应的行人A(Pedestrian A)通道中运作,才能达到A5-7 FRC最高传输率达70%的性能。

表5 TS 36.141表A.5-1所列之FRC参数的性能要求(64QAM 5/6)

4、一致性测试仍有局限

对所有须要遵循同一套标准来运作的技术而言,一致性测试的目标是要确保所有的设备,包括用户终端设备(User Equipment)和基站都能符合最低的性能要求。虽然罗列出来的一致性测试表可能已经一长串,但仍然必须进行其他类型的测试。举例来说,更加彻底地找出性能的边限也很重要,因为一致性测试只能提供合格、不合格的结果,无法看出产品多接近某一项限制的边界。LTE的一致性测试主要是设计来确保通信网络底层所使用的传输机制能随时就绪,可以正确地执行终端用户需要的服务,因此,需要更高层级的应用来进行测试。电信业者的验收测试也是过程中的另一个环节,须包含更多以使用者为中心(User-centric)所设计的测试。如一致性测试对成功布建一套新的系统而言,是相当重要且基本的一步,但它绝不是整个测试程序的开端或结尾。

关键字:LTE基站  RF  一致性测试

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016072016266.html
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