LTE及LTE-A的信號產(chǎn)生方案

 1 引言

按照3GPP的規(guī)范，目前LTE至LTE-A主要分為三個(gè)版本，分別是Release 8，Release 9，Release 10。也就是說，3GPP從Release 8開始引入LTE標(biāo)準(zhǔn);Release 9相對于Release 8來說，在物理層定義上，增加了“定位參考信號”、“廣播多播單頻網(wǎng)”、“雙流波束賦型”等特性;在Release 10里面，物理層上又增加了“載波聚合”、“共享信道分簇”等特性，LTE Release 10也被稱之為LTE-Advanced 或者 LTE-A。

對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商來說，無論是在研發(fā)階段還是生產(chǎn)階段，基站和直放站等設(shè)備的射頻測試采用的都是矢量信號源和信號分析儀的方法。以LTE基站射頻測試為例，廠商利用矢量信號源產(chǎn)生LTE上行信號，模擬終端發(fā)射上行信號用來對基站進(jìn)行接收特性測試和性能測試，利用信號分析儀測試LTE基站發(fā)射的下行信號射頻指標(biāo)。

對于芯片和終端廠商來說，在研發(fā)初期，同樣會(huì)用到矢量信號源和信號分析儀。與基站測試類似，芯片和終端廠商利用矢量信號源生成LTE下行信號，模擬基站的發(fā)射信號，用來測試終端的接收靈敏度、吞吐率等特性。信號分析儀則用來測試終端發(fā)射的上行信號射頻指標(biāo)。

由此可知，矢量信號源和信號分析儀作為通用的射頻測試儀器，廣泛應(yīng)用于LTE和LTE-A設(shè)備的射頻測試。

2 LTE及LTE-A信號產(chǎn)生方案

上文說到需要利用矢量信號源產(chǎn)生LTE/LTE-A的上行或下行信號用來測試LTE設(shè)備的接收性能。下面以3GPP的LTE/LTE-A規(guī)范文檔為依據(jù)，簡要介紹如何利用R&S的信號源SMU200A來產(chǎn)生LTE/LTE-A測試信號。

首先，以LTE Release 8的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備射頻測試為例，主要根據(jù)規(guī)范3GPP 36.141的第七章和第八章進(jìn)行測試。其中，第七章是基站接收測試，需要信號源能夠產(chǎn)生有用LTE信號、白噪聲信號、干擾信號，信號源SMU200A能夠在一臺(tái)源內(nèi)部同時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的所有三種信號。第八章屬于基站性能測試部分，主要考察了基站在典型衰落場景下的工作性能和混合自動(dòng)重傳等功能。以3GPP 36.141 8.2.2“上行時(shí)延調(diào)整”測試?yán)秊槔?，該測試?yán)谋尘笆菍蓚€(gè)模擬終端信號輸入基站，這兩個(gè)終端一個(gè)是固定終端，另一個(gè)是移動(dòng)終端，移動(dòng)終端與基站之間的延時(shí)是不停變化的，基站為了能夠正確的接收移動(dòng)終端發(fā)射的數(shù)據(jù)包，需要將“混合自動(dòng)重傳(HARQ)”信息發(fā)送給移動(dòng)終端，移動(dòng)終端根據(jù)基站的反饋信號做發(fā)射時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)兩個(gè)終端的信號上都加載有加性高斯白噪聲信號，此時(shí)觀測基站吞吐率的變化是否滿足規(guī)范要求。3GPP給出的測試框圖如圖1所示。

圖1 上行時(shí)延調(diào)整測試?yán)B接框圖

根據(jù)圖1顯示，要完成該項(xiàng)測試，需要：兩臺(tái)信號源，一臺(tái)模擬固定終端，一臺(tái)模擬移動(dòng)終端，而且模擬移動(dòng)終端的信號源需要能夠接收基站發(fā)出的HARQ信息并進(jìn)行正確響應(yīng);噪聲信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生噪聲信號;衰落模擬器，用于模擬移動(dòng)終端與基站之間的時(shí)延變化特性。R&S的信號源SMU200A具有很高的集成度，在一臺(tái)信號源內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)兩路獨(dú)立的信號發(fā)射，并且在信號源內(nèi)部模擬衰落特性和加性高斯白噪聲信號，即一臺(tái)信號源內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上述所有功能。單臺(tái)信號源SMU200A測試上行時(shí)延調(diào)整的配置界面如圖2所示。

圖2 SMU200A測試上行時(shí)延調(diào)整配置界面

然后，LTE Release 8的后續(xù)演進(jìn)是LTE Release 9，從信號物理層方面來看，Release 9主要在下行鏈路方向做了改進(jìn)，主要增加了三個(gè)特性：“Positioning reference signal(定位參考信號)”、“Dual layer beamforming(雙流波束賦形)”、“MBMS single frequency network(廣播多播單頻網(wǎng)業(yè)務(wù))”，R&S的信號源SMU200A能夠產(chǎn)生完全符合上述所有新特性的LTE信號。以定位參考信號的產(chǎn)生為例，信號源SMU200A允許用戶根據(jù)3GPP的規(guī)范修改多項(xiàng)參數(shù)，如發(fā)射周期、帶、功率等。圖3顯示了SMU200A產(chǎn)生頂位參考信號的配置界面和定位參考信號的分布圖。

圖3 利用SMU200A產(chǎn)生LTE定位參考信號

最后，針對LTE Release 10版本，也就是我們所說的LTE-A，3GPP在下行鏈路和上行鏈路兩個(gè)方向都做了改進(jìn)，增加了“Carrier aggregation(載波聚合)”、“Enhanced multiple antenna technologies(支持下行8天線，支持上行4天線)”、“Uplink multiple access(支持PUSCH分簇，支持PUSCH/PUCCH同時(shí)發(fā)送)”等特性。R&S的信號源SMU200A已經(jīng)能夠滿足LTE Release 10大部分新特性。

例如在LTE-A的下行方向，需要實(shí)現(xiàn)載波聚合，R&S的信號源SMU200A可以設(shè)置多達(dá)5個(gè)LTE載波，每個(gè)載波的參數(shù)可以單獨(dú)設(shè)定，完全可以滿足LTE-A的要求。SMU200A LTE-A 載波聚合的配置界面如圖4所示。

圖4 利用SMU200A產(chǎn)生LTE-A 5載波聚合信號

再例如LTE-A的上行方向， 要求能夠?qū)崿F(xiàn)PUSCH分簇，并且支持PUSCH/PUCCH同時(shí)發(fā)送，圖5是R&S的信號源SMU200A產(chǎn)生LTE-A信號時(shí)，同時(shí)生成的資源分布圖，通過該圖能夠看到，SMU200A能夠輕松實(shí)現(xiàn)這些特性。

圖5 利用SMU200A產(chǎn)生LTE-A 上行信號

上文介紹了SMU200A能夠產(chǎn)生符合LTE至LTE-A各個(gè)版本的上下行信號。此外，SMU200A還提供基帶算法驗(yàn)證功能。目前，國內(nèi)LTE Release 8的設(shè)備已經(jīng)比較成熟，各廠商已經(jīng)開始LTE Release 9 和 Release 10的研發(fā)工作，而在研發(fā)初期，基帶算法研發(fā)人員對3GPP規(guī)范給出的算法理解可能會(huì)有偏差，R&S的信號源SMU200A為此提供了數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能，研發(fā)人員可以將自己做的數(shù)據(jù)向量與信號源做的數(shù)據(jù)向量進(jìn)行比對，SMU200A可以在9個(gè)不同的數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)位置產(chǎn)生數(shù)據(jù)向量用于比對，這有助于研發(fā)人員快速定位問題。圖6顯示了SMU200A能夠在9個(gè)不同的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生數(shù)據(jù)向量。

圖6 利用SMU200A在不同節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)向量

通過上述描述可以看出，R&S的高端信號源SMU200A不但具有很高的集成度，能夠在一臺(tái)源內(nèi)部實(shí)現(xiàn)諸多功能，而且正在快速的跟進(jìn)3GPP LTE-A的新規(guī)范，以滿足客戶的多種需求。

3　LTE及LTE-A信號分析方案

本文主要介紹了LTE/LTE-A信號的產(chǎn)生方案，實(shí)際測試中，我們還需要有儀器能夠?qū)Ρ粶y設(shè)備發(fā)射的LTE/LTE-A信號進(jìn)行分析，下面我們就簡要介紹一下R&S公司提供的LTE/LTE-A射頻發(fā)射測試方案。

R&S公司提供的多種信號分析儀FSW，F(xiàn)SQ，F(xiàn)SV等都可以對LTE/LTE-A信號進(jìn)行解調(diào)，以LTE-A為例，圖7中顯示的是對上一節(jié)中SMU200A產(chǎn)生的LTE-A信號的測試結(jié)果，發(fā)射配置是PUCCH和PUSCH同時(shí)發(fā)射，且PUSCH分簇發(fā)射。從圖7中可以看到，信號分析儀能夠正確解調(diào)出PUSCH和PUCCH信號的功率、EVM等指標(biāo)。

圖7 LTE-A信號射頻測試結(jié)果示例

除了可以對LTE/LTE-A信號進(jìn)行解調(diào)，R&S的信號分析儀還可以面對更復(fù)雜的測試。例如目前無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是既要支持多種制式共存，又要節(jié)約成本，所以多?；炯夹g(shù)的得到了快速發(fā)展。為此，3GPP專門頒布了3GPP 37.xxx系列標(biāo)準(zhǔn)文檔，規(guī)定了對多模基站和終端的要求。以多模基站為例，3GPP的文檔規(guī)定基站要能支持同時(shí)發(fā)射兩種或者兩種以上的無線通信信號，這就為測試測量儀器帶來了新的挑戰(zhàn)。

針對上述多模設(shè)備的測試需求，有些廠商采用輪循測試的方法，即打開多個(gè)測量窗口，對不同載波不同制式的信號一個(gè)一個(gè)的進(jìn)行測試，這樣的測試方法不但測試周期長，而且基站處于多制式同時(shí)發(fā)射狀態(tài)，但儀器并沒有對多制式信號進(jìn)行同時(shí)分析，所以容易錯(cuò)過由于多制式信號共同發(fā)射造成的非正常干擾，造成測試結(jié)果與實(shí)際基站性能不一致。

R&S新一代信號分析儀FSW可以很好地解決多?；镜纳鲜霭l(fā)射測試問題，F(xiàn)SW內(nèi)部可以保存多達(dá)400兆個(gè)采樣點(diǎn)，可以一次性完成多種不同制式的信號數(shù)據(jù)采集工作，然后進(jìn)行信號分析。這樣的話，基站出于多種制式同時(shí)發(fā)射狀態(tài)，信號分析儀也處于多種信號同時(shí)采集-分析的狀態(tài)，保證了多個(gè)信號分析的完整性。圖8是FSW在分析多制式信號時(shí)的顯示界面。

圖8 多制式信號分析顯示結(jié)果

4　結(jié)束語

本文簡要介紹了R&S公司信號源和信號分析儀在LTE和LTE-A測試中的典型應(yīng)用，而且可以看出R&S的信號源和信號分析儀一直在密切跟蹤3GPP LTE 新的規(guī)范，即使針對多?；镜膹?fù)雜測試，也能夠輕松應(yīng)對。