1 引言
隨著LTE技術的完善和發展，對于LTE基站的射頻收發測試已經趨于成熟。目前，主流的設備廠家都可以根據3GPP 36.141的規范完成相應的收發測試。但36.141在收發測試的基礎上還對基站接收機的性能測試給出了相應的需求（對應規范第八章）。基于此，R&S公司在原有收發測試方案的基礎上率先推出了滿足LTE基站性能測試的SMU/AMU-K69選件，以滿足3GPP對基站接收機的性能測試要求。
對于LTE基站接收機的性能測試，需要驗證基站在正常工作狀態下的混合自動重傳（HARQ）功能，此時需要矢量源產生的上行LTE信號可以在和基站的閉環測試狀態中，根據基站發送的ACK和NACK信息對上行信號進行實時的調整。R&S公司的矢量源SMU/AMU在配置相應的K69選件后可以方便地滿足相應性能測試的需求。這個新功能可以允許測試設備動態地控制發送的數據。根據從被測設備發送給SMU的反饋信息，可以實現ACK/NACK信號（HARQ反饋）和時序調整等功能，其工作原理與基站通過空中接口在PDCCH/PHICH信道給UE發送反饋信息類似。
2 SMU/AMU自動反饋功能介紹
根據3GPP 36.141規范的要求：LTE基站接收機的性能測試需要根據ACK/NACK指令，測試設備可以實時控制相應PUSCH信道編碼配置（如冗余版本等），其測試過程完全符合3GPP對于真實環境的HARQ處理過程。此外，對于時序調整功能測試，也可以根據相應的時序控制指令來對SMU/AMU產生的上行信號進行提前或延時的時間調整。
目前，R&S公司支持從被測設備到SMU/AMU的反饋模式有3種，分別為二進制（Binary）模式、串行（Serial）模式和串行3×8（Serial 3×8）模式（對于時序調整功能只能通過串行或串行3×8模式完成）。反饋信號通過USER1和LEVATT接口送至SMU/AMU。LTE選件中的自動反饋功能設置菜單如圖1 所示。
圖1 LTE選件中的自動反饋功能設置菜單
因為SMU/AMU有內置的Fading和AWGN模塊，因此無需其他的測試設備就可以完成規范定義的測試需求。從被測設備發送至SMU的反饋信號可以通過以上幾種模式發送。除反饋信號外，在性能測試中，還需要在SMU/AMU與被測設備之間連接參考信號以消除不同設備之間的頻率誤差；另外，需要由被測設備給SMU/AMU提供相應的觸發信號進行同步。R&S的實時反饋功能可以在每一個基帶模塊中使用。
2.1 反饋模式命令介紹
由基站給出的反饋信號通過LEVATT或USER1接口送至SMU/AMU，反饋信號的阻抗和電壓可以通過儀表的“Global Trigger/CLK Setting”進行相應的設置。
（1）對于二進制模式，只能是HARQ反饋命令（ACK 或NACK）。儀表直接讀出輸入接口的高低電平，根據設置中ACK的定義，來判斷是ACK或NACK信息。
（2）對于串行模式，一個指令包含一個起始位（低電平），16個比特位（D0~D15），一個截至位（高電平）。傳輸過程中沒有校驗位，由最低位（D0）開始傳輸。串行模式的反饋命令傳輸速率為115.2kbit/s或1.92Mbit/s。在兩個連續的命令或最開始的命令之前，被鉗位在高電平（空閑狀態）。
（3）對于串行3×8模式，每個命令需要在3個串行命令包中發送。其中的每個串行數據包含一個起始位（低電平），8個串行比特和一個截至位（高電平）。發送中沒有校驗位。16個比特數據被分配在3組位數為8的串行數據中傳輸。具體的數據格式都有相應的定義。
同樣的，這三組串行數據的速率可以為115.2kbit/s和1.92Mbit/s，在兩個連續的命令或最開始的命令之前，被鉗位在高電平（空閑狀態）。串行3×8模式的字節定義結構如圖2所示。
3 基站性能測試實例
基于R&S公司的LTE測試解決方案，香港應用科技研究所(ASTRI)研發的FemtoCell平臺已經可以成功完成相應基站測試項目。其測試標準完全符合最新的3GPP36.141測試規范，其中包括收發測試及在多徑條件下的接收機性能測試。ASTRI公司的FemtoCell平臺采用串行模式進行相應測試。其測試設備搭建如圖6所示。
圖6 基于AMU與Femtocell的測試平臺
對應基站接收機性能測試連接示意如圖7所示。
圖7 基于AMU與Femtocell的上行接收機性能測試連接示意圖
對于基站接收機的性能測試，需要由測試設備產生相應的TD-LTE上行信號。目前，R&S公司的AMU基帶源和SMU矢量源可以支持性能測試所需的上行自動反饋選件。ASTRI公司的被測設備Femto，可以根據3GPP的要求設置相應的反饋命令。這樣可以驗證上行信號的HARQ和時序調整功能，以模擬真實UE和基站之間的反饋過程。此外，也可以在特定的多徑條件下測試基站的吞吐量，進而驗證被測基站的性能。
圖8所示為3GPP TS 36.141 8.2.1所需的測試框圖，其目的在于在特定多徑模式下，基于HARQ測試系統的吞吐量，以驗證基站接收機的性能。
圖8 基于GPP TS36.141 8.2.1 測試例連接框圖
在常規測試中，除了需要產生支持實時反饋模式的上行TD-LTE信號源外，還需要模擬多徑的衰落模擬器。因此，在測試過程中需要對所有外接線纜引起的時延和損耗都進行相應的校準。而基于雙通道SMU/AMU的LTE選件中自動反饋模式，能夠以最簡單的配置完成相應的測試需求，具體參見圖9。
圖9 SMU實現的3GPP 36.141 8.2.1 性能測試框圖
最終測試結果可以通過控制軟件統計的CRC誤碼率得到。如圖10所示為激活HARQ功能時對應的CRC誤碼率和沒有激活HARQ功能時對應的CRC誤碼率。對于ASTRI的測試基站而言，當激活HARQ時，其對應CRC誤碼率小于15%，測試結果如圖10所示。而沒有激活HARQ時，其對應CRC誤碼約為20%，測試結果如圖11所示。
圖10 HARQ激活時時8.2.1測試例對應的CRC誤碼測試結果
圖11 HARQ未激活時時8.2.1測試例對應的CRC誤碼測試結果
圖12所示為3GPP TS 36.141 8.2.2測試例所需的測試框圖。測試目的在于特定信噪比情況下，對于運動終端時基站的HARQ和時序調整功能，及對應的吞吐量變化。
圖12 基于3GPP TS 36.141 8.2.2測試例連接框圖
測試中分別由測試設備模擬運動終端和固定終端。常規測試需要兩個實時信號源及相應的衰落模擬器。同樣設備間的損耗和時延需要進行相應的校準。而基于雙通道SMU/AMU只用一臺儀表就可以完成相應測試。其測試框圖如圖13所示。
圖13 SMU實現的3GPP TS36.141 8.2.2 性能測試框圖
對于運動終端的模擬，在SMU/AMU可以通過Moving Propagation的多徑模型來實現，同時可以設置相應的時延等所參數，具體參見圖14。
圖14 SMU/AMU實現的衰落模擬
對于ASTRI的被測基站而言，當HARQ和Timing Adjustment激活以后，其對應的TA在16個Ts之內，對應CRC誤碼率結果為0，具體參見圖15。
圖15 HARQ激活時時8.2.2測試例對應的CRC誤碼及時序調整測試結果
當沒有激活HARQ和Timing Adjustment功能時，其對應的TA在大于16個Ts，對應CRC誤碼率結果不為0，具體參見圖16。
圖16 HARQ未激活時時8.2.2測試例對應的CRC誤碼及時序調整測試結果
除上面提到的測試項目外，另外一個重要的基站性能測試項目是多徑衰落條件下的ACK檢測。此時需要基站的2個天線進行分集接收，有4個測試UE。其中一個是需要的UE，而其他三個都是干擾UE。測試框圖如圖17所示。
圖17 基于3GPP TS 36.141 8.2.3測試例連接框圖
從圖17中可以看出，對于8.2.3的測試需要模擬4個UE個8個衰落模擬器，其相應的AWGN選件。常規測試設備需要4個LTE信號源及具有8個信道的衰落模擬器。基于雙通道的SMU/AMU可以以最低配置完成相應的測試需求，具體參見圖18。
圖18 SMU實現的3GPP TS36.141 8.2.3 性能測試框圖
從圖18可知，其配置與4×2 MIMO設置基本相同，并且不需要設置衰落模擬器之間的相關性。這也是目前業界對于8.2.3測試所需的最小配置。
4 結束語
目前，R&S公司的測試解決方案可以同時滿足ASTRI公司FDD LTE 和TD-LTE的測試平臺。這也是業界首次基于真實TD-LTE基站平臺在實時條件下完成HARQ和Timing功能測試。結合本文給出的實測結果，目前R&S公司的基站測試解決方案已經可以完全滿足3GPP TS36.141的相應測試需求。圖19為SMU/AMU配置清單。
圖19 SMU/AMU配置清單