如何实现TD-LTE毫微微蜂窝的测试?

毫微微蜂窝是什么？
TD-LTE的帧结构是如何构成的？
如何实现TD-LTE毫微微蜂窝的测试？

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高博

2021-4-15 16:36:25

　　Femtocell（毫微微蜂窝）类似家庭基站（Home Node B），是一种小型、低成本的蜂窝接入点，主要用于改善个人住所和小型企业建筑内的网络覆盖。通常，它通过类似于DSL或有线宽带的方式与运营商的核心网络直接相连；它的运行方式与基站基本相同，只不过其功率水平要比一般基站低一些，并且对其射频性能要求也可以略微降低。
　　目前，我国将全面迈向3G时代。3G时代的全面来临，为其后续LTE技术的市场提供了丰富的想象空间；而作为LTE技术的时分模式TD-LTE，因其全面兼容TD-SCDMA，并为TD-SCDMA技术的后续发展提供了非常平滑的技术过度，引起我国通信厂商的广泛关注。作为改善最后一级覆盖的毫微微蜂窝与TD-LTE的结合，无疑将大大提高TD-LTE在个人住所和小型企业建筑内的覆盖，从而拥有更多可分配给客户的物理资源，大大改善用户的客户体验。
　　1 TD-LTE的帧结构
　　在UMTS的长期演进（LTE）中，有频分（FDD）和时分（TDD）两种模式。TD-LTE即为其时分模式，又叫LTE-TDD。它在高层协议上与FDD完全一致，在帧结构上则充分考虑和继承了TD-SCDMA的设计思想，除了在特殊子帧处与FDD模式稍有不同外，其他子帧也保持了与FDD模式良好的兼容性。
　　在LTE中的两种帧结构中，FDD使用Type1，TDD使用Type2。对于TD-LTE使用的Type2帧结构，与TD-SCDMA有很多类似的地方。它把10ms的无线帧分成两个5ms的半帧，每个半帧由5个1ms的子帧组成，包括1个特殊子帧和4个普通子帧。特殊子帧是由3个特殊时隙组成：DwPTS、GP和UpPTS，其中，DwPTS是下行导频时隙，UpPTS则是上行导频时隙，GP则用于下行到上行之间的保护间隔。普通子帧则与FDD模式一样，用来传输数据信息。
　　不同于LTE-FDD（依靠频率区分上下行），LTE-TDD是在同一个频率上，依靠时间即不同时隙来区分上下行，因而可以方便地通过调整上下行时隙配比来满足现实网络中诸多非对称业务的需求。在规范中定义了7种不同的上下行配比关系，从对下行支持较多的9：1，到对上行支持较多的2：3，用户可以根据需求选择，从而实现对下载或上传业务的良好支持。
　　2 TD-LTE毫微微蜂窝测试
　　LTE技术（TDD和FDD）使用了与CDMA接入技术完全不同的空中接口，其下行采用正交频分复用多址接入（OFDMA）技术，上行则使用峰均比优化的单载波频分多址接入（SC-FDMA）技术。这给LTE设备的测试带来巨大的挑战。下面将讨论使用罗德与施瓦茨（R&S）公司的矢量信号源SMU200A和矢量信号分析仪FSQ，参照3GPP规范TS36.141进行的TD-LTE毫微微蜂窝基站射频测试。
　　目前，由于LTE技术还在发展中，其相应的技术规范还没有完全冻结。在TS 36.141 V 8.2.0版本中，关于基站发射机的测试已经定义了如功率、发射信号质量（包括频率误差、矢量幅度误差EVM、不同天线间的时间对比关系、下行参考功率等）、频谱（包括占用带宽OBW、邻信道泄露比ACLR、以及杂散等）和发射机互调等指标。可以使用R&S的FSQ测试以上全部指标。除此之外，还可以测试每个载波和每个子帧上的EVM、功率时间模板、频率平坦度、星座图、CCDF以及比特流等。这些测试功能进一步拓展了研发人员的测试广度和深度，加速研发的进度。
　　LTE的发射机测试与传统模式测试最大的不同在于其需支持MIMO技术，与其相关的上述测试项就有不同天线间的时间对比关系测试项。测试原理为测试两个或多个天线间，在正常工作的状态下，各自发射信号间的时间误差。利用R&S的矢量信号分析仪FSQ一台仪表就可以实现该项测试（测试结果如图1）。不仅如此，还可以测试每个天线各自的信号质量等。测试时，只需把基站的两个天线通过合路器链接到FSQ的射频口，通过FSQ内部的功能键选择对相应天线的信号进行测试。
　　

　　图1：LTE基站各天线间时间对比关系测试结果图。
　　TD-LTE的接收机测试则需要使用矢量信号源（SMU200A）产生相应的上行信号（SC-FDMA），通过单端接收机测试的方式来验证基站的接收情况。所谓单端，就是基站已知信号源所发的信号序列，在其接收解调后，自己进行对比并计算出测试结果BER/BLER。对应的测试规范中定义了以下测试项：参考灵敏度、动态范围（需要外加AWGN干扰信号）、带内选择性（需要外加E-UTRA干扰信号）、邻信道选择性和窄带阻塞（需要在邻信道有E-UTRA干扰信号）、阻塞（需带内E-UTRA干扰或带外CW干扰信号）、接收机杂散（需要发射机处于工作状态）、接收互调等（需要有规范要求的CW和E-UTRA干扰信号）。
　　以上测试可以使用双通道矢量信号源SMU200A来实现，一个通道产生相应的上行测试信号，另一个通道则产生规范要求的干扰信号。这些干扰信号可以是单音，也可以是不同标准的矢量调制信号。这样通过单台仪表就可以完成接收机测试。
　　此外，MIMO（多入多出）技术是LTE不可缺少的组成部分，LTE的高速率实现少不了MIMO技术的支持，因此需要使用相应的MIMO信号来测试基站接收机性能。这时，同样可以利用双通道SMU内置的四个衰落模块来测试2x2的MIMO，如图2。
　　

　　图2：SMU产生2x2 MIMO测试信号。
　　3 本文小结
　　目前，有关LTE的技术规范虽然已经大部分冻结，但是还有一些指标在不断的变化发展中。对测试人员来说，这就要求使用能够紧跟规范的设备来测试其LTE产品，保持产品的领先性。罗德与施瓦茨公司与3GPP的关系非常密切，并是其成员之一，始终紧跟LTE的发展，推出相应的测试功能，全力支持了我国TD-SCDMA向TD-TLE的演进。

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