1 eNodeB測試的關注點

　　LTE系統獨特的特點及技術優勢實現了LTE系統的高速率、低時延和最優分組的需求，然而為了保證LTE系統中eNodeB設備真正具有這些新功能及技術指標，并實現測試有效性，對eNodeB關鍵技術點的測試勢在必行。eNodeB測試的主要關注以下方面。

　　(1)LTE系統中子載波之間的正交性是高速率性能得以實現的前提，也是接收端正確接收的根本保證。因此LTE系統中必須要保證OFDM子載波之間的正交性以及上行各用戶所占用子載波之間的正交性，這也是eNodeB的測試重點之一。

　　(2)MIMO各種模式分別保證了LTE高峰值速率、小區邊緣的覆蓋及小區邊緣用戶的吞吐量。因此對eNodeB設備中MIMO不同模式的測試是保證LTE系統性能優勢的必要測試。

　　(3)LTE系統引入了多載波技術，實現信道帶寬內子載波的靈活調度及分配，這是保證多用戶寬帶接入的前提。因此，OFDM子載波的靈活調度及在多用戶之間的分配也是eNodeB設備的關鍵測試項之一。

　　(4)LTE系統小區間干擾協調機制是LTE系統的顯著技術特征，因此驗證多個eNodeB設備之間干擾協調的測試是不可或缺的。

　　(5)對eNodeB的測試還將包括驗證E-MBMS的實現及其在各個小區之間的無縫切換。

　　2 eNodeB測試面臨的挑戰

　　在LTE基站eNodeB型號標準上市之前，需要進行完備的基站設備測試，包括軟件測試、硬件測試以及無線指標測試。這將涵蓋LTE的協議一致性測試、無線性能指標一致性測試、無線資源管理的一致性測試和端到端的業務驗證測試等，這些組成了eNodeB認證測試的基礎。

　　由于LTE系統的工作頻率從700 MHz跨越到3 GHz，信道帶寬從1.4MHz到20 MHz的靈活配置，使得eNodeB硬件的設計及測試都具有很大的挑戰。同時LTE系統提出了更高的性能需求指標，并引入了如OFDM、MIMO等多項關鍵新技術，因此在研發過程中，eNodeB測試將需要全新的測試平臺、測試用例及測試方法。

　　在eNodeB設備測試中，對上下行信道和信號的測試是必不可少的。帶有LTE選件的信號發生器可以用來產生上行信號，頻譜分析儀可以用來檢驗下行信號。MIMO是LTE系統的技術特點之一，因此信號發生器應支持MIMO制式和多徑衰落。物理信道和數據傳輸的測試也可利用信號發生器和頻譜分析儀完成。然而完整的LTE測試，還包括協議和物理層的測試，這些測試需要上下行的交互過程，例如HARQ、RACH過程。系統級的測試環境是真實的終端和eNodeB通過真實的無線環境連接在一起，eNodeB還將連接到真實的核心網實體。在測試初期，LTE協議測試可以采用模擬的終端和模擬的核心網實體，采用信道模擬器模擬設備在實際網絡環境中的性能，實現小區中央及邊緣位置信號強度的模擬，從而減少實地測量的需求。LTE的協議層測試與傳統網絡的不同之處在于，無線資源控制(RRC)狀態，以及aGW網元和eNodeB對UE上下文RCC狀態的保留。因此為了能夠測試這些不同的特征，需要靈活的測試設備，并提供一個可編程界面，能夠設置RRC的模式。

　　LTE系統將與其他標準在很長一段時間內共存，為了達到很好的地域覆蓋，LTE系統與2G、3G基站以及非3GPP系統之間的融合以及無縫切換變得至關重要。eNodeB必須支持與GSM(全球移動通信系統)/ED-GE(增強型數據速率GSM演進技術)、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA、cdma2000 1x等相互之間的切換。這就必然要求測試環境能夠利用或完全模擬這些網絡間的漫游切換以實現對eNodeB的測試。此外，LTE是一個全IP核心網，需要端到端應用程序測試，并且由于LTE系統將支持更豐富的業務應用，例如VoIP、FTP或多媒體數據流等，因此對于業務應用的測試比以前更加重要、更加復雜。

　　eNodeB的測試環境及測試內容將包括以下內容。

　　(1)連接所有的網絡單元，并驗證所有的接口

　　eNodeB設備測試：eNodeB作為被測設備，利用真實的eNodeB、MMEs、aGW 和UE或采用模擬的設備。

　　互操作性測試：LTE MME 與UTRAN 和GERAN 網絡。

　　(2)語音，多媒體和數據業務綜合的實際網絡環境

　　語音業務AMR NB/WB、G.711、G.723、G.726、G.729。

　　視頻業務 H.261、H.263、MPEG-2、MPEG-4。

　　IPv4、IPv6、IPSec。

　　QoS分析。

　　QoE測量。

　　(3)對eNodeB設備的軟件測試、硬件測試及無線指標測試。

　　(4)負面測試：驗證系統在錯誤條件下的行為。

　　(5)安全性驗證。

    3 eNodeB的測試方法

　　為了保證無線通信系統的正常運行，必須對基站設備進行全面測試。完全的基站設備測試包括無線指標測試、軟件測試和硬件測試，其中軟件測試又包括基本接口測試，操作維護測試以及功能測試。無線指標測試、軟件測試以及硬件測試相互補充、缺一不可，共同決定著無線通信系統基站設備使用性能的驗證。

　　基站的完全測試會根據不同通信系統的特征而有不同的測試方法和測試用例，但由于無線通信系統具有相似的通信功能，基站設備具有相似的功能模塊及操作維護機制，并且無線電波具有固有的無線電磁波特性，因此基站設備的完全測試具有相同的基本測試原理，相應的存在著部分通用的測試方法和測試用例。由于LTE系統中eNodeB具有前所未有的性能和技術特點，因此在測試用例及相應測試方法上也具有獨特的需求。

　　3.1 無線指標測試

　　無線通信系統的信道受限于功率和帶寬，同時由于無線信道的非線性特性以及通信容量的日益增加、各種通信系統的共存，導致系統間以及系統內各信道間的干擾問題愈加突出。為了避免各通信系統之間的干擾并保證系統正常工作，要求系統基站設備發射的調制信號的功率盡可能集中在頻帶內，具有快速滾降的頻譜特征，并且接收端必須具有抑制干擾的能力及良好的靈敏度。這些特性的驗證是無線指標測試過程的主要內容。

　　無線指標測試包括發射端和接收端的測試。在發射端，考察信號的調制質量、發射功率、占用帶寬和帶外諧雜波抑制等。由于發射信號調制質量的好壞會影響接收端的解調能力，因此必須對調制質量進行全方位的評估，包括調制幅度誤差、發射頻率誤差以及相位噪聲。在接收端，測量接收機在各種干擾情況下的接收靈敏度。LTE系統作為無線通信系統的一種，eNodeB的無線指標測試包括無線通信系統所要求的上述常規測試用例。

　　由于LTE系統采用了OFDM/OFDMA技術，把信道帶寬劃分為很多正交子載波，而在測試過程中，用戶所使用的OFDM子載波在信道帶寬中的不同位置可能會導致測試結果的不同。例如，濾波器的非理想特性使得信道帶寬邊緣處的子載波相比于處于中間位置的子載波會受到較大的干擾。因此，在上行測試用例中占用資源塊的位置必須有多種配置以實現對整個信道帶寬所有子載波的覆蓋，測試是否所有子載波都滿足規范要求的無線性能指標。

　　此外，OFDM子載波間的正交性是LTE系統得以實現的前提保證，因此在無線指標測試中將全面考察OFDM子載波正交性，OFDM符號同步程度以及采樣同步情況。這些特征將共同影響信號的調制質量。在單載波網絡中，影響調制質量的因素主要是射頻單元中器件的非理想特性，然而由于OFDM系統不可避免地存在子載波正交性，符號同步及采樣同步的誤差，使得LTE系統中的信號調制質量相比于單載波網絡會更加惡化。因此，調制質量將成為基站設備測試中最為重視的測試項之一。

　　以下將以調制質量的測試作為討論重點，首先分析調制質量誤差產生的原因，以及影響調制質量測量結果的因素，并在此基礎上提出有效的測試方法和建議。

　　通常用來表征系統調制質量的參數為誤差矢量幅度(EVM)，它可以很好地表征數字調制信號的調制質量。3GPP定義了LTE系統中EVM測試項為符號EVM，符號EVM的測試將考慮具體的信道配置情況，分析信號失真對不同傳輸速率下的專用物理信道的影響。由分析知，EVW的大小由相位噪聲和幅度誤差的大小共同決定。

　　在單載波網絡中，EVM的產生是因為在射頻單元器件中存在本振泄露、本振相位噪聲和功放非線性失真。本振泄露表征了調制器的不平衡，表現為IQ偏移，數值上等于泄露的本振功率與調制信號平均功率之比，本振泄露特性降低了功率利用率。本振相位噪聲表征了本振源短期穩定度，它將引起相位誤差，但不會影響信號幅度。功放的非線性失真表征了放大器的幅相轉移特性(AM/PM)，并且隨著輸入到功放的信號功率增加，功放將產生惡劣的相位失真，從而影響EVM的測量值。通過實驗驗證，提高本振電平可以改善發射端的網絡線性度，從而改善EVM的測量值。

　　因此，EVM并不是一個獨立的技術指標，它除了由實際電路的非理想因素決定之外，還受發射功率、本振電平功率的影響。因此為了有效評估硬件設備的非理想因素，有必要將EVM指標與功率結合起來考慮，實現對調制質量的高效測試。

　　為了保證LTE系統的正常工作并為高速率傳輸提供保障，在eNodeB設備的無線指標測試中，應充分重視有效的EVM指標測量方法，因此以下對相關的測試方法提出了新的建議。

　　在射頻單元的功率效率測試用例中，應在滿足規范要求的EVM指標的條件下，計算射頻單元的功率效率，這避免了犧牲功率效率、降低相位失真程度而換取EVM指標的提高。在最大發射功率、總功率的動態范圍以及頻率模版、鄰信道泄露功率比的測試用例中，應在滿足規范要求的EVM指標的條件下，分別測試上述用例。這是因為LTE系統得以運行的前提是EVM指標滿足規范要求，因此最大發射功率、總功率動態范圍等測試用例也必須在LTE系統能夠正常接收解調的工作條件下進行測試。在EVM指標的測試用例中，為了保證測試結果的有效性，并能真實反映硬件設備的非理想特征，應在保證功率效率的前提下，規定本振功率，測量EVM指標是否滿足規范要求。

　　LTE系統由于采用了多載波調制技術，使得EVM指標相對于單載波網絡更加難以改善。子載波的頻譜相互重疊的特點對子載波間的正交性提出了嚴格的要求，然而信道中存在的多普勒頻移，以及發射機與接收機本振之間的頻差，都會引起頻率偏移，導致子載波間的正交性遭到破壞，產生子載波間干擾(ICI)。此外，由于OFDM符號周期較長，所以對本振相位噪聲更為敏感。

　　本振的相位噪聲會導致子載波間正交性的喪失，它將引入公共相位誤差(CPE)和子載波間干擾(ICI)，導致LTE系統性能下降。這些都將進一步惡化EVM指標，因此3GPP對于EVM的指標要求也略微不如UTRA嚴格：基于QPSK調制信號的EVM指標從17.5%增加到18.5%，基于16QAM調制信號的EVM指標從12.5%增加到13.5%。研究表明，LTE系統中EVM的值更依賴于在放大器輸入端OFDM符號的輸入功率，而與子載波的調制方式無關;不同的調制方式對接收端的靈敏度影響不大。因此，上述QPSK和16QAM的EVM指標略有差別，但各調制方式的EVM指標不會有太大差異。

    3.2 軟件測試

　　無線指標的測試環境僅需要產生獨立的上行或下行信號，而軟件的測試環境需要保證用戶、基站以及核心網之間存在信息交互。基站設備的軟件測試內容包括基站與外部設備的接口測試、基本功能測試以及操作維護測試。接口測試包括基站設備與核心網之間的接口測試，以及基站設備之間的接口測試。接口的功能是正確傳遞用戶、基站以及核心網之間的交互信息，并建立無線接入承載，處理用戶上下文。基本功能測試包括物理層及高層關鍵技術的測試，還包括性能測試，如峰值吞吐量、時延測試等。此外，基站設備作為一項產品，操作維護系統是必不可少的。操作維護系統將包括可視化圖形界面和完善的用戶操作手冊。對基站設備的操作維護測試就是對上述操作維護系統的功能分別進行測試，驗證操作維護系統的功能完備性。

　　eNodeB的軟件測試也包括上述幾項測試內容，但由于接口測試和操作維護測試與傳統網絡基本相似，因此此處將針對eNodeB的測試關注點介紹基本功能測試的測試用例及測試方法。eNodeB的基本功能測試包括基本業務測試和特性測試，其中基本業務測試的測試方法與傳統網絡相同，由于eNodeB又具有了傳統RNC的部分功能，因此基本業務測試的關注點在于eNodeB的功能實現，具體測試項及測試方法如表1所示。   

　　3.3 硬件測試

　　在通常情況下，基站設備最重要的硬件組成部分是基帶單元和射頻單元，此外還包括操作維護平臺以及可調電源等。基站設備的硬件測試主要包括基帶單元和射頻單元的功能測試。基帶單元的測試包括，基帶單元所支持的最大扇區數或基帶單元所能支持的射頻單元的最大數目;基帶單元所支持的調制方式是否滿足系統需求;對于同步通信系統，需要驗證不同基站設備的基帶單元之間是否同步，是否與GPS同步等。射頻單元的測試包括，射頻單元的工作頻帶和帶寬，在該工作頻帶和帶寬內是否能建立與終端的無線鏈接，是否能調度該帶寬內的資源;射頻單元的總射頻輸出功率是否滿足規范的規定值;射頻單元的功率效率等。此外，硬件測試還包括基帶單元與射頻單元之間接口測試。

　　LTE的提出使網絡運營商面臨著eNodeB站點選擇及配置的嚴峻問題，因此eNodeB與2G，3G基站共站、共址成為了最優解決方案，然而，eNodeB與2G、3G基站之間的干擾問題成為了亟待解決的關鍵性問題。因此，在LTE的eNodeB硬件測試中，共站、共址條件之間的抗干擾性能是重要的測試項之一。此外，有研究提出，在多種通信制式共存條件下，建議采用軟件配置實現不同的無線通信制式，可提高硬件資源的利用率，實現各種通信制式的靈活配置，并降低重復建站的工程量。

　　此外，eNodeB設備的硬件測試還應包括安全性和健壯性的通用測試項。其中，安全性是指基站設備的設計具備安全性，不會對操作人員帶來身體傷害。例如，是否具有尖銳的棱角等。健壯性是指基站設備在一些惡劣環境中正常工作。例如，在一定的震動及碰撞環境中，設備是否仍能正常工作。