0引言
LTE（Long Term Evolution長期演進）技術是第三代移動通信演進的主要方向。作為一種先進的技術，LTE系統在提高峰值數據速率、小區邊緣速率、頻譜利用率、控制面和用戶面時延以及降低運營和建網成本等方面擁有巨大的優勢。同時，LTE系統與現有系統（2G/2.5G/3G）能夠共存，并且實現平滑演進。
LTE系統按照雙工方式分為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）兩種。其中LTE-TDD制式相對于FDD制式具有頻譜利用靈活、支持非對稱業務等諸多優勢，是中國通信業界力推的國際標準。
系統吞吐率是衡量TD-LTE基站綜合性能的重要指標。吞吐率的測試需要基站（eNB）與測試儀器（模擬UE）之間實現實時反饋并動態調整。測試儀器不僅需要能夠生成符合3GPP標準的TD-LTE 上行信號，同時還需要模擬相應的信道衰落模型，并且根據基站下發的ACK/NACK指令實時地調整發射信號的編碼冗余因子，以模擬真實的通信環境。本方案采用安捷倫基帶信號發生器與信道仿真儀N5106A PXB或安捷倫最新信號發生器N5182B/N5172B作為測試平臺，通過Real-time版本的Signal Studio N7625 for LTE TDD生成TD-LTE測試信號并經過信道衰落后送給基站進行解碼從而可以統計出基站的吞吐率。
1 HARQ測試原理
1.1 上行HARQ方式
LTE系統將在上行鏈路采用同步非自適應HARQ技術。雖然異步自適應HARQ技術與同步非自適應技術比較，在調度方面的靈活性更高，但是后者所需的信令開銷更少。由于上行鏈路的復雜性，來自其他小區用戶的干擾是不確定的，因此基站無法精確估測出各個用戶實際的信干比(SINR)值。由于SINR值的不準確性導致上行鏈路對于調制編碼模式(MCS)的選擇不夠精確，所以更多地依賴HARQ技術來保證系統的性能。因此，上行鏈路的平均傳輸次數會高于下行鏈路。所以，考慮到控制信令的開銷問題，在上行鏈路使用同步非自適應HARQ技術。
1.2 上行HARQ時序
LTE TDD制式的上下行信號在時域上交錯分布，因此其HARQ時序映射關系較FDD更為復雜。根據3GPP TS 36.213規定，TDD制式不同UL/DL Configuration下，下行子幀只在規定位置發送ACK/NACK指令，每個位置發送的ACK/NACK指令對應特定的上行子幀信號，如表1所示。
表1 TD-LTE HARQ上下行子幀映射關系
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子幀 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
配置0 |
7 |
4 |
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|
7 |
4 |
|
|
|
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配置1 |
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4 |
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6 |
|
4 |
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|
6 |
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配置2 |
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6 |
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|
6 |
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配置3 |
6 |
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|
6 |
6 |
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配置4 |
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6 |
6 |
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配置5 |
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6 |
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配置6 |
6 |
4 |
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7 |
4 |
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6 |
3GPP TS 36.141規定性能測試只需在配置1下進行，因此可以根據表1的描述得到配置1時的時序圖：
圖1 配置1時HARQ時序圖
在配置1時，上行只在子幀2、3、7和8四個位置發送上行信號；下行由基站在子幀1、4、6和9發送ACK/NACK指令，指令的指示對象及重傳位置關系如圖1所示。
2測試平臺
2.1 硬件平臺
性能測試目的在于模擬實際環境下的系統吞吐率，因此需要基站與測試儀器進行聯調。硬件測試平臺包括：支持2天線接收的TD-LTE eNB基站、安捷倫基帶信號發生器與信道仿真儀PXB、安捷倫矢量信號發生器MXG（主要用于上變頻）以及一臺四通道示波器（用于系統調試）。測試系統結構如下：
圖2 N5106 PXB測試系統
PXB實時產生TD-LTE上行信號并經過特定信道模型下的衰落后，輸出的基帶I/Q信號經過MXG上變頻分別送入基站的兩根接收天線。基站端對接收到的射頻信號進行解調解碼，并以RS232C的串行通信方式將反饋結果（ACK/NACK指令）傳回至PXB，PXB根據ACK/NACK指令實時調整RV因子重新發送數據包或選擇放棄當前數據包（當eNB發送ACK信號或是已達到最大重傳次數）。最后基站端統計得到系統的吞吐率。
如果測試環境確實希望使用外置信道仿真器，則只需使用安捷倫N5182B/N5172B射頻信號發生器即可完成上述系統的測試。典型的測量系統如圖3所示。
圖3 N5182B/72B MXG-B測試系統
2.2 軟件平臺
PXB或N5182B/72B通過Signal Studio N7625B-WFP for LTE TDD 軟件產生特定的參考測試信號，并實時地調整編碼冗余因子。
圖4 上行信號配置
圖5 HARQ設置
2.3 反饋信號格式
基站下發給PXB或N5182B/72B的ACK/NACK信號以RS232C串行通信的數據格式進行編碼，PXB或N5182B/72B根據相同的編碼速率和格式進行解碼得到ACK/NACK值。反饋信號由8個比特組成，1個起始位，1個停止位，無奇偶校驗位。具體的數據格式如表2所示。
表2 ACK/NACK編碼格式（LSB）
|
比特位 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
ACK |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
NACK |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
3測試結果
按照測試結構圖搭建好測試系統并配置軟件平臺，啟動基站及PXB或N5182B/72B，同時在示波器和基站控制端觀察測試結果。
圖6 PXB或N5182B/72B實時響應
圖6為示波器上觀察到的PXB或N5182B/72B實時響應。通道1、2、3和4分別為上行信號幀頭、ACK/NACK指令序列、上行信號I/Q數據以及PXB或N5182B/72B的ACK/NACK響應（高電平為ACK，低電平為NACK）。如圖所示，HARQ時序響應與標準協議完全相符。
基站端對上行射頻信號進行分集接收并解調，然后通過CRC校驗對接收結果作出判斷，最后得到在特定衰落模型下的系統吞吐率。
根據3GPP TS 36.141規定，選取PUSCH，20MHz帶寬信號作為測試案例。在2根接收天線，Normal CP下，按照列出的前10個Case依次測試，結果如下：
表3 PUSCH，20MHz 帶寬下PUSCH性能測試結果
|
Case |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
標準值（%） |
30 |
70 |
70 |
70 |
30 |
70 |
30 |
70 |
70 |
30 |
|
實測值（%） |
35 |
81 |
80 |
71 |
46 |
84 |
42 |
85 |
73 |
31 |
4結論
結果表明，系統完全滿足標準測試要求。測試過程透明可見，結果顯示直觀可信。同時，該測試系統在不添加任何硬件配置的情況下，僅僅通過軟件配置即可實現1×2，2×2，2×4及4×2的MIMO配置，從而實現基站HARQ，Timing Adjustment以及PUCCH性能測試，是TD-LTE基站性能測試的理想平臺。
推薦方案：安捷倫基帶信號發生器與信道仿真儀N5106A PXB配合信號發生器MXG和signal studio N7625B可以提供一站式的整體解決方案；如果測試系統已有專用信道仿真器，則可使用安捷倫信號發生器N5182B/72B及signal studio N7625B完成最終測試。