LTE芯片和终端测试综述
电信网技术 2022-11-23

1 引言

随着TD-LTE试验网在世博会和亚运会的精彩亮相,以及2011年中国移动投入巨资进行的6+1城市试验网建设,业界对中国移动TD-LTE的前景充满期待。测试仪表和测试系统作为TD-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。并且由于 LTE和之前的系统在空中接口上存在很大的不同,所以对于测试就提出了新的挑战和要求。目前,对TD-LTE测试仪表的需求已经涵盖了整个产业链的各个阶段。

2 R&S的LTE测试解决方案

罗德与施瓦茨公司(R&S)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。基于其在2G和3G测试领域的领先地位,R&S对于LTE从早期的研发阶段就开始跟踪研究,积累了丰富的经验。为了推动TD-LTE产业的发展,R&S公司为客户提供从LTE(包括TD-LTE和FDDLTE)仿真、设计、研发、生产、测试等一系列的测试测量解决方案,可以满足客户各个阶段的需求(见图1)。


图1 R&S的LTE测试解决方案

3 LTE芯片和终端研发

(1)LTE信号产生和分析

R&S的信号源如SMU,AMU以及SMBV系列加上选件后就可以按照规范实时地产生LTE上/下行射频或基带信号,用于元器件性能测试以及终端的接收机测试;R&S的FSx系列频谱和信号分析仪能分析LTE上/下行射频或基带信号,用于元器件性能测试以及终端的发射机测试。

由于被测设备可能采用特殊的数字基带信号格式,R&S提供EX-IQ-BOX来针对不同数字基带信号格式进行适配。

(2)LTE终端协议和IOT测试

LTE协议栈的测试用来验证一些信令功能,例如呼叫建立和释放、呼叫重配置、状态处理和移动性等。和2G,3G系统的互操作性(IOT)测试是对LTE的另外一个需求。为了保证终端的协议栈和应用可以处理高数据率的数据,需要测试验证终端吞吐量的要求。在LTE实现的早期,研发部门需要包含各个参数配置的多种测试场景来进行LTE协议栈的测试。此外,LTE物理层具有很多重要功能,这包括小区搜索,HARQ协议,调度安排,链路自适应,上行时间控制和功率控制等,而且这些过程有着很严格的定时要求。因此,也需要对物理层进行完全测试来保证LTE的性能。

R&S的CMW500协议测试仪可以用于LTE终端的协议一致性测试、性能测试和互操作测试。同时,R&S还提供用于PC机上的虚拟测试(Virtual Tester)软件,使工程师在早期就进行协议开发的工作。所以使用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。

CMW500可以提供MLAPI和LLAPI这两个协议栈测试所需的底层和高层编程接口,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)LTE终端射频认证/预认证测试

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TD-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3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NTTDocomo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。

(4)LTE终端RRM测试

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,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,FSQ频谱分析仪对上行信号进行射频分析,以及进行整个系统的校准。

(5)LTE终端数据应用测试

LTE主要提供数据业务,因此应用测试是LTE研发中很重要的环节。R&S的CMW500在配备数据应用单元及相关测试软件后,就可以进行各种数据应用测试。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。

(6)LTEMIMO天线的OTA测试

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。而LTE采用的MIMO天线技术由于其复杂性而给OTA测试带来了极大的挑战。对此,R&S公司推出了一个非常经济有效的创新方法:双通道测试法。采用了该测试方法的R&S的TS8991测试系统如图2所示。OTA暗室内包含4个角度定位装置,两个测试天线和一个通信天线。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2 支持双通道法的MIMO OTA测试系统TS8991

4 LTE终端生产

对于终端生产,R&S的CMW500无线综测仪无疑是最合适的解决方案。它是一台双通道、全标准、多功能的宽带无线综测仪。CMW500是业界首台支持LTE信令的无线综测仪,它既可以用于前面提到的协议研发和认证测试,还可以用于互操作性、流量、数据应用和射频测试。独特的双通道设计使得CMW500成为测试MIMO接收机性能的最佳选择。CMW500几乎可以覆盖所有的无线通信标准。既支持如2G/3G/HSPA+/EVDO Rev.B,WiMAX,LTE等蜂窝技术,也可以支持WLAN,蓝牙,FM,GPS,CMMB等非蜂窝技术。

LTE终端往往是多模、多技术和多频段终端。如LTE/WCDMA/GSM,LTE/TD-SCDMA/GSM,LTE/EV-DO/cdma2000等多模,而且还可能配置WLAN/WAPI,CMMB,蓝牙,GPS,FM立体声等非蜂窝技术,并且还要支持每个通信标准各种频段。因此,对LTE综测仪第一个要求是,要能支持各种无线通信技术;由于要测试的无线技术和频段增多,可以想像,测试时间将大大加长,因此对LTE综测仪第2个要求是,测试速度极快。R&S的CMW500能满足这两个要求。从支持的无线技术来说,CMW500几乎可以支持所有的无线通信技术;从测试速度来说,CMW500不但测试速度比前一代综测仪快很多,而且它还引入了如 R&S创新的智能校准(Smart Alignment)和倍速分析(Multi-evaluation)等技术,使得其整体测试速度成倍地加快。对于生产测试来说,测试速度重要,但测试一次通过率(直通率)也很重要。由于CMW500在精度、测试可重复性和线性度等方面极出色的性能,可以显著提高生产测试的直通率;CMW500双通道的设计在研发阶段的好处是测试MIMO性能,而在生产测试的好处则变成了可以同时并行测试两台手机,这样自然就降低了测试成本(见图3)。


图3 R&S的CMW500可以用于LTE研发和生产

5 结束语

从世博会、亚运会以及多次外场测试的测试结果看,TD-LTE系统设备商的产品运行基本正常,主要的问题表现还是在终端上。而从TD-SCDMA的发展经历可以看到,终端性能是影响产业发展的重要原因。R&S全面的LTE测试解决方案可以满足TD-LTE芯片及终端的测试需求,更好的促进产业发展。

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