LTE系统核心技术剖析及eNodeB测试方案探讨

（2）MIMO各种模式分别保证了LTE高峰值速率和小区边缘的覆盖及小区边缘用户的吞吐量。因此，对eNodeB设备中MIMO不同模式的测试也将是保证LTE系统的性能优势的必要测试。

（3）LTE系统引入了多载波技术，LTE系统对信道带宽内子载波的灵活调度及分配是保证多用户宽带接入的前提。因此，OFDM子载波的灵活调度及在多用户之间的分配也是eNodeB设备的关键测试项之一。

（4）LTE系统小区间干扰协调机制也是LTE系统的显著技术特征，因此验证多个eNodeB设备之间干扰协调的测试也是必须的。

（5）对eNodeB测试还将包括验证E-MBMS的实现及其在各个小区之间的切换。

4 LTE系统中eNodeB测试挑战

在LTE基站eNodeB型号标准上市之前，需要进行完备的基站设备测试（包括软件测试、硬件测试以及无线指标测试），将涵盖LTE的协议一致性测试、无线性能指标一致性测试、无线资源管理的一致性测试和端到端的业务验证测试等，这些组成了eNodeB认证测试的基础。

由于LTE系统的工作频率从700MHz跨越到3GHz，信道带宽从1.25~20MHz灵活配置，使得eNodeB硬件的设计及测试都具有很大的挑战；LTE系统提出了更高的性能需求指标，引入了如OFDM，MIMO等多项关键新技术，因此在研发过程中，eNodeB测试也将需要全新的测试平台、测试用例及测试方法。

在eNodeB设备测试中，对上下行信道和信号的测试是必不可少的。带有LTE选件的信号发生器可以用来产生上行信号，频谱分析仪可以用来检验下行信号。MIMO是LTE系统的技术特点之一，因此信号发生器应支持MIMO制式和多径衰落。物理信道和数据传输的测试也可利用信号发生器和频谱分析仪完成。完整的LTE测试还将包括协议和物理层的测试，这个过程需要上下行的交互，例如HARQ，RACH过程。系统级的测试环境是真实的终端和eNodeB通过真实的无线环境连接在一起，eNodeB还将连接到真实的核心网实体。在测试初期，LTE协议测试也可以采用模拟的终端和核心网实体，采用信道模拟器模拟设备在实际网络环境中的性能，实现对小区中央及边缘位置的信号强度的模拟，从而减小实地测量的需求。LTE的协议层测试与传统网络的不同之处在于，无线资源控制(RRC)状态，以及aGW网元和eNodeB对UE上下文RCC状态的保留。因此，为了能够测试这些不同的特征，需要灵活的测试设备，并提供一个可编程界面，能够设置RRC的模式。

LTE系统将与其他标准在很长一段时间内共存，为了达到很好的地域覆盖，LTE系统与2G，3G基站以及非3GPP系统之间的融合以及无缝切换变得至关重要。eNodeB必须支持与GSM(全球移动通信系统)/EDGE(增强型数据速率GSM演进技术)，TD-SCDMA，WCDMA/HSPA，cdma2000，1×RTT/EV-DO等相互之间的切换。这就必然要求测试环境能够利用或完全模拟这些网络间的漫游切换以实现对eNodeB的测试。此外，LTE是一个全IP核心网，需要端到端应用程序测试，并且由于LTE系统将支持更丰富的业务应用，例如VoIP，FTP或多媒体数据流等，因此对于业务应用的测试也较以前更加重要、复杂。完备的eNodeB测试环境如图3所示。如果采用模拟的测试环境，则还需要相应的应用程序作为支撑，如LTE 终端/核心网的加载测试应用程序等，模拟的完全测试环境如图4所示。因此，eNodeB全备的测试环境及测试内容将包括：



图3 LTE eNodeB 设备测试完整环境



图4 LTE基站设备测试的模拟测试环境

（1）连接所有的网络单元并验证所有的接口。

●eNodeB设备测试：eNodeB作为被测设备，利用真实的eNodeB，MMEs，aGW 和UE或采用模拟的设备。
●互操作性测试：LTE MME 与UTRAN 和GERAN 网络。

（2）语音、多媒体和数据业务综合的实际网络环境。

●语音业务AMR NB/WB，G.711，G.723，G.726，G.729。

●视频业务 H.261，H.263，MPEG-2，MPEG-4。

●IPv4，PIv6，IPSec。

●QoS (quality of service)分析。

●QoE (quality of equipment) 测量。

（3）对eNodeB设备的软件、硬件及无线指标测试。

（4）负面测试：验证系统在错误条件下的行为。

（5）安全性验证。

5 LTE系统中eNode B的测试用例及测试方法

为了保证无线通信系统的正常运行，必须对基站设备进行覆盖各个方面的测试。完整的基站设备测试包括无线指标测试、软件测试和硬件测试，其中软件测试又包括基本接口测试，操作维护测试以及功能测试（见图5）。无线指标测试、软件测试以及硬件测试彼此相互补充，缺一不可，共同决定着无线通信系统基站设备使用性能的验证。LTE系统中eNodeB设备的全备性测试也包括上述几类测试内容。




图5 基站设备测试的分层结构

基站的完全测试会根据不同通信系统的特征而有不同的测试方法和测试用例，但由于无线通信系统具有相似的通信功能，基站设备具有相似的功能模块及操作维护机制，并且无线电波具有固有的无线电磁波特性，因此基站设备的完全测试具有相同的基本测试原理，存在着部分通用的测试方法和测试用例。由于LTE系统中eNode B具有一些前所未有的性能和技术特点，因此在测试用例及相应测试方法上也具有独特的需求。

5.1 无线指标测试

无线指标测试包括发射端和接收端的测试。在发射端，考察信号的调制质量、发射功率、占用带宽和带外谐杂波抑制等。由于发射信号调制质量的好坏会影响接收端的解调能力，因此必须对调制质量进行全方位的评估，包括调制幅度误差、发射频率误差以及相位噪声。在接收端，测量接收机在各种干扰情况下的接收灵敏度。LTE系统作为无线通信系统的一种，eNodeB的无线指标测试包括无线通信系统所要求的上述常规测试用例。

由于LTE系统采用了OFDM/OFDMA技术，把信道带宽划分为了很多正交子载波，在测试过程中，用户所使用的OFDM子载波在信道带宽中的不同位置可能会导致测试结果的不同，例如，滤波器的非理想特性使得信道带宽边缘处的子载波相比处于中间位置的子载波会受到较大的干扰。因此，在上行测试用例中占用资源块的位置必须有多种配置以实现对整个信道带宽所有子载波的覆盖，测试是否所有子载波都满足规范要求无线性能指标。

OFDM子载波间的正交性是LTE系统得以实现的前提保证，因此在无线指标测试中将全面考察OFDM子载波正交性，OFDM符号同步程度以及采样同步情况。这些特征将共同影响信号的调制质量。在单载波网络中，影响调制质量的因素主要是射频单元器件的非理想特性，由于OFDM系统不可避免地存在子载波正交性、符号同步及采样同步的误差，使得LTE系统中的信号调制质量相比于单载波网络会更加恶化。因此，调制质量将成为基站设备测试中最为重视的测试项之一。

下文将以调制质量的测试作为讨论重点，首先分析调制质量误差产生的原因，以及影响调制质量测量结果的因素，并在此基础上提出有效的测试方法建议。

通常用来表征系统调制质量的参数为误差矢量幅度(EVM)，3GPP定义了LTE系统中EVM测试项为符号EVM，符号EVM的测试将考虑具体的信道配置情况，分析信号失真对不同传输速率下的专用物理信道的影响。

设Z为实际发射的符号矢量；S为理想基准信号矢量，则幅度误差为，相位误差为Φ；根据余弦定理，误差矢量误差的表达式为：（1）

从而单个符号的EVM为：(2)

EVM的最终测量值为：(3)

综上可知，EVM的大小由相位噪声和幅度误差的大小共同决定（见图6）。



图6 误差矢量幅度及相关矢量归一化示意图

在单载波网络中， EVM产生的原因是因为在射频单元器件中存在本振泄露、本振相位噪声和功放非线性失真。