R&S：LTE/LTE-A测试解决方案

　　作者：罗德与施瓦茨中国有限公司 产品支持部

　　摘要

　　本文从LTE的基站设备和终端设备测试需求出发，简要介绍了罗德与施瓦茨（下文简称R&S）公司提供的各种测试方案。本文中，针对基站设备的测试介绍包括发射机射频测试、接收机射频测试、射频性能测试、多天线测试等方案；针对终端设备的测试包括发射和接收射频测试、协议及IOT测试、射频认证测试、RRM测试、数据应用测试、终端耗电等测试方案。最后，简要介绍了R&S公司提供的LTE-Advanced测试方案。

　　1. 前言

　　近几年来，LTE已经成为通信业界的最为主要的话题。而测试仪表和测试系统做为LTE产业链中重要的环节，位于产业链的上游，对于产品研发和产业化起着非常关键的作用。目前，对LTE测试仪表的需求已经涵盖了整个产业链的各个阶段。R&S公司作为欧洲最大的测试测量仪表供应商，具有强大的研发和生产实力。为了推动LTE产业的发展，R&S公司为客户提供从研发到生产的一系列测试解决方案及提供高精度测试与测量仪器及系统，可以满足客户最高端的需求。针对作为LTE的演进技术的LTE-Advanced，R&S公司同样为其基站和终端测试提供了众多方案。

　　2. LTE系统模块和基站（微基站）测试解决方案

　　对于任何一个新的移动通信技术的发展，随着标准的制定和不断完善，基站设备是整个产业最先发展的部分，此时所需的测试仪表需要能够提供完全符合规范的信号产生和信号分析等功能，同时需要支持3GPP组织规定的所有测试项目。

　　2.1 LTE系统基站收发信机测试方案

　　根据3GPP的技术规范，对于LTE基站测试主要包括发射测试、接收机测试。

　　对于LTE系统基站发射机测试，其具体项目包括：发射功率（时域和频域功率），调制质量（RE功率控制动态范围、总功率动态范围、频率误差、矢量调制误差EVM等）和频域非线性指标测试（含占用带宽、邻道功率、谐波和杂散、和互调等）以及多天线的定时误差等。R&S公司的信号分析仪可以满足3GPP规范定义的LTE全部测试指标。

　　对于LTE系统基站接收机测试，其主要内容包括：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）和接收机杂散（需要发射机处于工作状态）及接收互调等（需要有规范要求的CW和E-UTRA干扰信号）等。SMW200A是R&S公司最新推出的高端矢量信号发生器，具有独特的双通道设计理念，只需单台仪表就能完成以上测试信号的产生，给测试带来很大的方便性。

　　针对微基站的收发信机测试，R&S公司提供无线综测仪CMW500，一台仪器就可以支持微基站的发射和接收测试。

　　2.2 LTE系统基站性能测试方案

　　对于LTE基站接收机的性能测试，需要验证基站在正常工作状态下的混合自动重传（HARQ）功能，此时需要矢量源产生的上行LTE信号可以在和基站的闭环测试状态中，根据基站发送的ACK和NACK信息对上行信号进行实时的调整。R&S公司的矢量源SMW200A在配置相应的选件后可以方便的满足相应性能测试的需求。此外，SMW200A可以配置两个射频通道，可内置衰落和加性高斯白噪声模块，因此无需其它的测试设备就可以完成3GPP规范定义的所有射频性能测试例。

　　2.3 LTE 系统MIMO及Beamforming测试方案

　　为了方便的进行MIMO及Beamforming 测试，R&S公司提供了基于R&S示波器RTO的测试方案。安装在PC上面的LTE分析软件可以控制示波器RTO的4个通道进行数据采集，将采集到的数据送至LTE分析软件，从而得到LTE多天线发射系统的解调结果。此外，对于多达8天线的TD-LTE 的Beamforming测试，R&S公司的4通道RTO可以一次测试4根天线之间的相位差，以其中某一根天线的相位作为基准，通过三次不同天线端口的相位测试组合，可以得到所有天线之间的相位差，从而完成8天线的Beamforming测试。

　　3. LTE芯片及终端测试解决方案

　　从整个LTE产业链来看，终端的发展与系统设备的发展是相辅相成的。为了满足LTE芯片及终端的测试需求，更好的促进产业发展，R&S公司新一代的综测仪平台CMW提供了全套的射频、协议、数据测试的解决方案，此外R&S公司提供的TS8980测试系统能够为终端提供全面的射频认证测试和RRM等方面的测试，下面针对终端的各种测试项目作简要介绍。

　　3.1 LTE芯片及终端研发和生产射频测试方案

　　在研发阶段的射频测试CMW500支持信令和非信令两种测试方法，涵盖了LTE所有的3GPP测试项目，并能测试LTE到2G和3G的切换。针对生产测试，CMW500独创性的提出了Multi-evaluation的概念，即可以通过一次采样，同时对于所有的LTE的发射机项目（如Power，SEM，EVM，IBE，ACLR，Spectrum Flatness）进行测试，大大的提高测试速度。CMW500除了支持2G、3G和LTE以外，还可以支持WiFi、WiMAX，Bluetooth等非蜂窝技术，从而可以用一台仪器测试具备多种无线技术的终端。

　　基于CMW500，R&S开发了CMWRun软件，为了适应CMW500对于多种标准的广泛支持，CMWRun自动化测试软件采取了开放式的软件平台，这意味着R&S的工程师，甚至客户的工程师可以基于CMWRun的平台开发自己的研发、生产测试计划。

　　3.2 LTE 终端协议认证及IOT测试方案

　　对于LTE协议测试，R&S提供早期的协议栈测试解决方案CMW-VT和协议研发及认证测试仪CMW500。CMW-VT是基于PC机上的软件方案，可以让开发者在早期就进行协议验证的工作。而CMW500不仅可以用于一致性测试，性能测试和互操作测试，而且能应用于产品生命周期的后续阶段，从而可以给芯片和无线设备制造商在LTE 协议一致性研发的各个阶段中带来多重好处。使用CMW500可以并行进行软件和硬件的协同开发、测试和优化，从而加快产品的上市时间。通过在CMW500上配置LLAPI和MLAPI选件，R&S公司提供了协议栈测试所需的底层和高层两种不同编程接口，这样开发者在早期就可以对协议栈进行灵活测试，而且这样的测试是和后期的一致性测试完全兼容的，可以节省后期测试的时间和成本。

　　3.3 LTE 终端射频认证/预认证测试方案

　　任何通信终端上市之前，都需要进行严格的终端射频认证测试。为了支持LTE终端的射频研发和认证测试，R&S推出了TS8980 LTE射频测试系统。TS8980有三种不同配置，其中TS8980S是面向研发类客户的预认证平台，它可以根据客户的需求灵活配置，进行发射机或者接收机和性能测试；TS8980IB是主要进行带内测试的认证测试平台；TS8980FTA是全认证测试平台，可以对终端进行GCF或者PTCRB要求的全认证测试。对于手机终端厂商来说，除了要通过上述认证测试以外，还可能需要通过运营商测试。如美国的运营商Verizon和AT&T、日本NTT Docomo等。R&S公司和这些运营商合作开发了符合他们特殊入网认证要求的一些测试用例，手机终端厂商只需从R&S购买相关设备和测试用例就可以在实验室搭建同样的测试环境，从而确保能一次通过在运营商的入网测试。

　　3.4 LTE 终端 RRM测试方案

　　RRM（无线资源管理）测试是终端认证测试中很重要的一部分。R&S公司推出的LTE RRM测试系统可以集成到TS8980射频一致性测试系统中，与其共用部分硬件，使用相同的控制软件R&S CONTEST来进行测试用例的执行和分析。RRM测试系统主要包含以下硬件：CMW500系统模拟器可以模拟LTE、WCDMA、CDMA和GSM小区，并进行信号分析；AMU200是基带衰落模拟器，可以和CMW500基带连接进行下行信号的衰落模拟；功率探头可以对整个系统的进行校准。

　　3.5 LTE终端数据应用测试方案

　　CMW500在完成射频、协议全方位测试的基础上，配备数据应用硬件单元B450A及相关测试软件后，更可以进行各种数据应用测试。这些测试不仅支持IPv4而且也支持IPv6协议标准。而且由于提供了图形化接口，通过简单的操作就可以得到直观的显示结果。从而让用户在实验室就可以方便地验证终端的数据性能。

　　CMW-PQA（Performance Quality Analyze）系统是基于CMW500协议测试仪硬件平台和CONTEST主控软件，为运营商开发的一套可以模拟各种复杂的无线环境，对终端进行各种数据应用测试的平台。系统组成如下：CMW500为系统模拟器；AMU200为基带衰落模拟器；R&S CONTEST测试软件运行在系统控制器上，可以提供测试用例的全自动化运行，测试报告强有力的分析功能和全方面的报告汇总功能。提供了易于使用的测试计划，脚本级研发测试应用和全面测试工具，这加速了LTE 研发测试进度。

　　3.6 LTE终端耗电测试方案

　　随着智能终端的兴起，用户使用移动终端进行更多的操作，如MMS、浏览网页、播放多媒体、使用蓝牙、WiFi和GPS等等，这些都会消耗电池电能，因此如何准确评估现代终端的电池性能成为了一个难题。对此，R&S基于其无线综测仪CMW500、电源NGMO和专用软件，根据GSMA、CCF等相关规范，并针对运营商的特定需求开放专门的测试用例，从而提供了一个全面的移动终端电池性能测试解决方案。

　　4. LTE MIMO天线的OTA测试方案

　　OTA测试（天线性能测试）是无线设备认证测试时的一个重要测试项目。对如今LTE中广泛采用的MIMO天线技术，R&S公司推出了一个更加直接和经济有效的方法：双通道测试法。R&S公司 的TS8991测试系统如图1所示。OTA暗室内包含四个角度定位装置；两支测试天线和一支通信天线；此外，暗室墙角还有一个射频接入板可允许5路射频通道连接到暗室内的天线； 外部设备包括无线综测仪（如R&S CMW500）和开关矩阵（OSP）。整个系统由R＆S公司的 AMS32软件实现全自动测量，并出具测量报告。

　　

　　
图1. 支持双通道法的MIMO OTA测试系统 TS8991

　　5. LTE系统网优及路测解决方案

　　对于任何移动通信网络而言，我们都需要对最终运行的实际网络进行可行性研究、初步设计、网络建设、网络优化、网络验收这几大步骤，所有这些网络运营中的过程都需要路测和网优的测试工具。为了保证LTE网络运行的质量，R&S公司提出了专供路测和网优的测试解决方案。R&S公司的新平台的路测解决方案由TSMW双通道扫频仪与ROMES路测软件来实现，TSMW支持30MHz~6GHz的整个连续频率范围；可以支持2G、3G和LTE等移动通信以及Tetra、DVB等的测试，并可以测试移动通信与其它通信之间的干扰；双通道双射频端口设计，不仅可以实现多任务的处理，而且双端口的设计也实现了对于MIMO的支持。

　　6. LTE-Advanced测试解决方案

　　LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演进版本，其目的是为满足未来几年内无线通信市场的更高需求和更多应用，满足和超过IMT-Advanced的需求，同时还保持对LTE较好的后向兼容性。LTE-A能大大提高无线通信系统的峰值数据速率、峰值谱效率、小区平均谱效率以及小区边界用户性能，同时也能提高整个网络的组网效率，这使得LTE和LTE-A系统成为未来几年内无线通信发展的主流。

　　6.1 LTE-A 系统基站射频测试方案

　　为了满足LTE-A以后的测试需求，R&S公司在信号源和信号分析仪上已经分别推出了针对LTE-A的信号产生和信号分析选件。借助双通道的SMW200A可以方便的实现LTE-A规定的载波聚合等功能，而且SMW200A已经与芯片厂商顺利的完成有关LTE-A特性的调试工作，图2显示了在一台SMW200A内部如何生成“载波聚合2x2 MIMO”LTE-A信号 ；针对LTE-A信号进行分析，信号分析仪FSW可以提供高达320MHz的解调带宽，且具有独特的多标准信号分析功能，可以方便的同时对多个载波信号进行分析。

　　

　　图2. 一台SMW200A产生载波聚合2x2 MIMO信号

　　6.2 LTE-A 芯片及终端研发和生产射频测试方案

　　由于LTE-A的载波聚合等新特性的出现，这也对终端设备的射频指标提出了新的要求，所以各个芯片厂商和终端厂商也纷纷开始进行LTE-A的测试，R&S综合平台CMW由于其具有独特的双通道结构，且内部配有不同路径之间的切换开关，可以利用一台仪表完成终端的“载波聚合2x2 MIMO”测试。图3展示了CMW信令模式下载波聚合BLER测试。

　　

　　图3. CMW信令模式下载波聚合2x2 MIMO BLER测试

　　6.3 LTE-A 终端协议认证及IOT测试方案

　　前文提到过，通过在CMW500上配置LLAPI和MLAPI选件，开发者在早期就可以对协议栈进行灵活测试，该方法同样适用于LTE-A的协议测试。以下行载波聚合为例，该特性是是下一代通信技术LTE-A的一个关键特性，网络运营商可以利用该特性，灵活地组合频段和带宽，充分地利用他们所拥有的频谱资源。CMW500协议测试仪上已经提供了协议测试用例，为芯片客户的研发提供强有力的支持。实际上，除了载波聚合，CMW500协议测试仪目前已经支持TM9，PDCCH format 3， eICIC等多个LTE-A特性测试。

　　6.4 LTE-A 终端射频认证/预认证测试方案

　　针对LTE-A的载波聚合，R&S不仅在协议测试仪上提供测试用例，而且还在终端射频认证系统TS8980系统上面提供射频一致性测试用例，而罗德与施瓦茨公司是目前业界唯一提供这两方面测试解决方案的仪表厂商。而且TS8980目前同时支持TDD/FDD的20MHz+20MHz的带内和带间载波聚合，为各种不同频段和带宽的载波聚合提供了多种灵活可变的测试例。除了载波聚合，R&S公司的TS8980系统也会持续更新LTE-A的其它新特性。

　　7. 小结

　　为了推动LTE/LTE-A产业的发展，R&S公司推出了从基站到终端，从研发到生产各个阶段的测试解决方案（如图4所示），可以很好的满足LTE/LTE-A产业各个阶段和各个领域的测试需求，继而成为国际和国内各大运营商、设备商、高科技产业用户和科研机构及检测机构最值得信赖的长期合作伙伴，帮助客户完成专业的测试任务。

　　

　　图4. R&S公司的LTE/LTE-A测试解决方案