今天是:2011年05月31日 星期二
精確和高效的LTE終端測試
隨著首批LTE網(wǎng)絡(luò)已投入使用，運(yùn)營商將業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)向大規(guī)模提供移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。但是，在讓用戶獲得下一代蜂窩技術(shù)的全部好處之前，仍然有一些問題需要克服除了技術(shù)問題以外，在LTE業(yè)務(wù)的一些更廣泛方面仍有一些問題待解決。本文從測試工程師的角度來討論這些挑戰(zhàn)。不過在討論用戶端設(shè)備(UE)設(shè)計(jì)和測試的技術(shù)挑戰(zhàn)之前，先從更廣闊的視野來看看一些潛在問題。
在本文撰寫時(shí)，LTE終端的正式認(rèn)證尚未開始。主要認(rèn)證機(jī)構(gòu)(GCF、PTCRB)計(jì)劃在2010年12月推出用于協(xié)議、RF及無線資源管理的一致性測試方案。但由于一些市場已開始銷售LTE終端，所以不得不擔(dān)心這些終端將來是否能夠通過這些一致性測試。
對于支持高數(shù)據(jù)率(下行鏈路為100Mbps，上行鏈路為50Mbps)的LTE Category 3終端，回程容量(backhaul capacity)是否能夠應(yīng)付呢從長遠(yuǎn)來看，隨著LTE用戶數(shù)量的增加，小區(qū)中所有用戶在無線網(wǎng)絡(luò)上的帶寬共享將成為一個(gè)重要因素。如果小區(qū)中用戶數(shù)量太多，那么性能就可能受到影響。此外，隨著活動(dòng)用戶數(shù)量的增加，小區(qū)邊緣性能將受到更高信噪比(SNR)的影響。
對于潛在的全球移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，還要滿足數(shù)據(jù)用戶對全球漫游的期望。盡管這在技術(shù)上是可行的，但漫游數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收費(fèi)過高的問題還需要加以解決。另一方面，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，統(tǒng)一費(fèi)率數(shù)據(jù)方案已成為一個(gè)問題，因?yàn)樘峁┑氖遣粩嘧兓铱隙ú粩嘣黾拥臄?shù)據(jù)量，而獲得的卻是固定的收入。
由于LTE是CDMA2000網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(如Verizon Wireless)的下一代技術(shù)選擇，所以與3GPP2 CDMA2000高費(fèi)率分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互通是一個(gè)明確要求。在LTE無線網(wǎng)絡(luò)接口處合并3GPP和3GPP2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫且粋€(gè)有意義的進(jìn)展，這需要進(jìn)行周密的測試，以確保其運(yùn)行達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，維持同時(shí)使用IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)將會(huì)是一大挑戰(zhàn)。主流網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在2010年移動(dòng)通信世界大會(huì)(Mobile World Congress 2010)上宣布的有關(guān)VoLTE(語音LTE)標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，將在很大程度上解決這個(gè)問題。但是，使用3GPP的IMS(IP多媒體子系統(tǒng))技術(shù)仍然需要進(jìn)行大規(guī)模部署。
測試挑戰(zhàn)和需求
滿足LTE終端設(shè)備的嚴(yán)格要求的關(guān)鍵在于將設(shè)計(jì)分成子系統(tǒng)，并制定一個(gè)允許在測試完整終端之前對每個(gè)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行徹底檢驗(yàn)的測試計(jì)劃。如果不采用這種模塊化方案，則問題的診斷可能拖到項(xiàng)目的最后階段，以致難以管理最終發(fā)布階段，包括現(xiàn)場試驗(yàn)及一致性測試。
無論終端設(shè)計(jì)是從頭開始、基于較早前的設(shè)計(jì)還是使用第三方集成組件，都需進(jìn)行多項(xiàng)關(guān)鍵性能測量。其中一些測量(如最大輸出功率、功率控制和接收機(jī)靈敏度)是早前技術(shù)已經(jīng)熟悉的，但由于所用的傳輸方式(下行鏈路中為OFDMA，上行鏈路中為SC-FDMA)不同，所以需要新的測量設(shè)備來支持這些測試。
其它一些測量是LTE特有的。例如，對于OFDMA傳輸方式，子載波誤差向量幅度(EVM)變成調(diào)制器性能的一項(xiàng)重要測試。隨著700MHz模擬TV頻譜的可供使用，LTE將以低于GSM或WCDMA的頻率來部署，從而得到大很多的帶寬：20MHz/700MHz=2.8%。相比之下，對于典型的WCDMA終端為：5MHz/2100MHz=0.24%。這會(huì)對一些調(diào)制器架構(gòu)帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致小區(qū)邊緣處的EVM值較高，所以在設(shè)計(jì)階段要特別注意這一點(diǎn)。
由于一些測試(如功率控制)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，所以需要使用信令協(xié)議來建立測量條件。這就要求測試設(shè)備必須包括協(xié)議棧和模擬演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)B(eNB)基站。由于這些測量通常是由RF工程師而不是協(xié)議專家來執(zhí)行的，所以所用的測試設(shè)備必須易于配置，使工程師能夠?qū)⒕杏跍y量本身。
協(xié)議測試
協(xié)議棧開發(fā)者面臨的主要挑戰(zhàn)之一是確保狀態(tài)變化響應(yīng)要求得到滿足。雖然LTE規(guī)范已經(jīng)將終端設(shè)備的可能狀態(tài)數(shù)量減少到RRC_IDLE和RRC_CONNECTED，但是在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所需的時(shí)間將構(gòu)成時(shí)延預(yù)算的一大部分。
在RRC_IDLE模式下，終端設(shè)備盡可能將自身處于低功耗狀態(tài)，以確保出色的電池壽命，接收機(jī)被周期性地激活以檢查尋呼消息。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間預(yù)定后，終端必須處于喚醒狀態(tài)并快速同步其上行鏈路。
在協(xié)議測試過程中，用于生成測試用例的工作量常常與創(chuàng)建協(xié)議棧的工作量一樣多，所以擁有全面而高效的測試設(shè)施很重要。為能夠細(xì)分測試，重要的是能夠測量用戶平面和控制平面中的每個(gè)子層。協(xié)議測試診斷功能在查找故障時(shí)很重要。通常，這包括帶時(shí)間戳的消息日志記錄和解碼。但重要的是這也可以用于每個(gè)子層，以提供跟蹤信令消息流程細(xì)節(jié)的功能(從MAC PDU直到RRC消息)，從而確保定時(shí)要求得到滿足。
要想能夠?yàn)槊總€(gè)層創(chuàng)建測試情景，就必須擁有對測試設(shè)備的詳細(xì)控制，但這需要盡可能地易于使用，以避免痛苦的學(xué)習(xí)過程。
性能測試
一旦RF、基帶、協(xié)議棧和應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)集成，接下來就需要對整體終端性能進(jìn)行全面測試。在此階段期間，必須查出和消除數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，以最大化數(shù)據(jù)吞吐量——包括在正常和極端溫度及電源電壓條件下。另外還需要在滿負(fù)荷條件下測量功耗、熱特性、電磁兼容性(EMC)、發(fā)射及磁化率。一般情況下，這需要使用2x2下行鏈路多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。
測試設(shè)備要能夠在小區(qū)之間無縫交接數(shù)據(jù)，同時(shí)盡量減小對數(shù)據(jù)吞吐率的影響，就像要能在不同無線接入技術(shù)之間進(jìn)行交接數(shù)據(jù)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)連接一樣。已有多家供應(yīng)商推出了設(shè)計(jì)緊湊、靈活和模塊化的測試儀器。例如，Aeroflex的LTE測試產(chǎn)品就支持用于測試LTE終端性能的所有功能。