TD-LTE微微蜂窩基站測試

1  引言

微微蜂窩類似家庭基站（Home Node B），是一種小型、低成本的蜂窩接入點(diǎn)，主要用于改善個人住所和小型企業(yè)建筑內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。通常，它通過類似于DSL或有線寬帶的方式與運(yùn)營商的核心網(wǎng)絡(luò)直接相連；它的運(yùn)行方式與基站基本相同，只不過其功率水平要比一般基站低一些，并且對其射頻性能也可以略微降低。

目前，我國將全面邁向3G時代。3G時代的全面來臨，為其后續(xù)LTE技術(shù)的市場提供了豐富的想像空間。而作為LTE技術(shù)的時分模式TD-LTE，因其全面兼容TD-SCDMA以及能夠為TD-SCDMA技術(shù)提供非常平滑的技術(shù)過度，引起我國通信廠商的廣泛關(guān)注。作為改善最后一級覆蓋的超微蜂窩與TD-LTE的結(jié)合，無疑將大大提高TD-LTE在個人住所和小型企業(yè)建筑內(nèi)的覆蓋，從而擁有更多可分配給客戶的物理資源，大大改善用戶的客戶體驗。

2  TD-LTE的幀結(jié)構(gòu)

在UMTS的長期演進(jìn)（LTE）中，分為頻分（FDD）和時分（TDD）兩種模式。TD-LTE即為其時分模式，又叫LTE-TDD；其在高層協(xié)議上與FDD完全一致，在幀結(jié)構(gòu)上則充分考慮和繼承了TD-SCDMA的設(shè)計思想，除了在特殊子幀處與FDD模式稍有不同外，其他子幀也保持了與FDD模式良好的兼容性。

在LTE中的兩種幀結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)DD使用Type 1，TDD則使用Type 2。對于TD-LTE使用的Type 2幀結(jié)構(gòu)，與TD-SCDMA有很多類似，它把10ms的無線幀分成兩個5ms的半幀；每個半幀由5個1ms的子幀組成，包括1個特殊子幀和4個普通子幀。對于特殊子幀是由3個特殊時隙組成：DwPTS，GP和UpPTS；DwPTS是下行導(dǎo)頻時隙，UpPTS則是上行導(dǎo)頻時隙，GP則用于下行到上行之間的保護(hù)間隔。普通子幀則與FDD模式一樣，用來傳輸數(shù)據(jù)信息。

不同于LTE-FDD（依靠頻率區(qū)分上下行），LTE-TDD則是在同一個頻率上，依靠時間即不同的時隙來區(qū)分上下行，因而可以方便地通過調(diào)整上下行時隙配比來滿足現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中諸多非對稱業(yè)務(wù)的需求。在規(guī)范中定義了7種不同的上下行配比關(guān)系，從對下行支持較多的9：1到對上行支持較多的2：3，用戶可以根據(jù)需求選擇，從而實現(xiàn)對下載或上傳業(yè)務(wù)的良好支持。

3  TD-LTE微微蜂窩測試

LTE技術(shù)（TDD和FDD）使用了與CDMA（主要應(yīng)用于第三代移動通信）的碼分多址接入技術(shù)完全不同的空中接口，其在下行采用OFDMA（正交頻分復(fù)用多址接入）技術(shù)，在上行則使用峰均比優(yōu)化的SC-FDMA（單載波頻分多址接入）技術(shù)，給LTE設(shè)備的測試帶來巨大的挑戰(zhàn)。圖1是使用羅德與施瓦茨公司的矢量信號源SMU200A和矢量信號分析儀FSQ，依照規(guī)范TS36.141進(jìn)行TD-LTE微微蜂窩基站的射頻測試的框圖。



圖1  使用R&S公司的SMU和FSQ測試微微蜂窩示意圖

目前，由于LTE技術(shù)還在發(fā)展中，其相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范還沒有完全凍結(jié)。在TS 36.141 V 8.2.0版本中，關(guān)于基站發(fā)射機(jī)的測試已經(jīng)定義了如功率、發(fā)射信號質(zhì)量（包括頻率誤差，矢量幅度誤差EVM，不同天線間的時間對比關(guān)系，下行參考功率等）、頻譜（包括占用帶寬OBW，鄰信道泄露比ACLR以及雜散等）和發(fā)射機(jī)互調(diào)。使用R&S的FSQ可以測試以上全部指標(biāo)，此外還可以測試每個載波和每個子幀上的EVM，功率時間模板，頻率平坦度，星座圖，CCDF以及比特流等；這些測試功能進(jìn)一步拓展了研發(fā)人員的測試廣度和深度，加速了研發(fā)的進(jìn)度。

對于LTE的發(fā)射機(jī)測試，與傳統(tǒng)模式測試最大的不同在于其需要支持MIMO技術(shù)，與其相關(guān)的上述測試項就有不同天線間的時間對比關(guān)系測試項；其原理即為測試兩個或多個天線間，在正常工作的狀態(tài)下，其各自發(fā)射信號間的時間誤差。使用R&S的矢量信號分析儀FSQ (或FSV) ，一臺儀表就可以實現(xiàn)該項測試（測試結(jié)果參見表1）；不僅如此，還可以測試每個天線各自的信號質(zhì)量等。測試時，只需把基站的兩個天線通過合路器鏈接到FSQ的射頻口，通過FSQ內(nèi)部的功能鍵選擇得到相應(yīng)的測試結(jié)果。



TD-LTE的接收機(jī)和性能測試，矢量信號源產(chǎn)生相應(yīng)的上行信號（SC-FDMA），通過單端接收機(jī)測試的方式來驗證基站的接收情況。所謂單端即基站已知信號源所發(fā)的信號序列，在其接收解調(diào)后，自己做對比并計算出測試結(jié)果BER/BLER。對應(yīng)的測試規(guī)范中定義了以下測試項：

（1）參考靈敏度。

（2）動態(tài)范圍。

（3）帶內(nèi)選擇性。

（4）鄰信道選擇性和窄帶阻塞。

（5）阻塞。

（6）接收機(jī)雜散。

（7）接收互調(diào)等。

（8）HARQ重傳和多徑衰落情況下性能測試。

（9）HARQ重傳情況下上行定時調(diào)整性能測試。

接收機(jī)雜散可以用頻譜儀來測試，以上其它測試可以使用雙通道矢量信號源SMU200A來實現(xiàn)，SMU200A可配置為雙通道，一個通道產(chǎn)生上行TDD LTE信號，另一通道產(chǎn)生規(guī)范要求的干擾信號，這些干擾信號可以是單音，也可以是不同標(biāo)準(zhǔn)的矢量調(diào)制信號，可以對每個通道獨(dú)立地加衰落和AWGN噪聲。在性能測試中，SMU200A可以根據(jù)基站的反饋信號來實時進(jìn)行上行信號重傳，這是任意波形發(fā)生器所不能實現(xiàn)的。

另外，MIMO（多入多出）技術(shù)是LTE不可缺少的組成部分，LTE的高速率實現(xiàn)缺少不了MIMO技術(shù)的支持，因此需要使用相應(yīng)的MIMO信號來測試基站接收機(jī)性能。這時，同樣可以利用雙通道SMU200A內(nèi)置的4個衰落模塊，來測試2×2的MIMO，具體參見圖2。



圖2  SMU產(chǎn)生2×2 MIMO測試信號

4  結(jié)束語

目前，有關(guān)LTE的技術(shù)規(guī)范雖然已經(jīng)大部分凍結(jié)，但是還有一些指標(biāo)在不斷地變化、發(fā)展中，對測試人員來說，則就需要使用能夠緊跟規(guī)范的設(shè)備來測試其LTE產(chǎn)品，保持產(chǎn)品的領(lǐng)先性。羅德與施瓦茨公司與3GPP的關(guān)系非常密切，并是其成員之一，始終緊跟LTE的發(fā)展，推出相應(yīng)的測試功能，全力支持了我國TD-SCDMA向TD-TLE的演進(jìn)。