4G TD-LTE测试解决方案全方位解读

　　1 前言

　　LTE系统支持FDD和TDD两种双工方式。在这两种双工方式下，系统的大部分设计，尤其是高层协议方面是一致的。另一方面，在系统底层设计，尤其是物理层的设计上，由于FDD和TDD两种双工方式在物理特性上所固有的不同，LTE系统为TDD的工作方式进行了一系列专门的设计，这些设计在一定程度上参考和继承了TD-SCDMA的设计思想，下面我们对这些设计进行简要的描述与讨论。

　　3GPP 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要求。基于在3G测试领域的丰富经验和领先地位，是德科技对于LTE标准从早期的研发阶段就开始跟踪研究，积累了丰富的经验成果，目前不仅可以为LTE FDD，而且也可以为TD-LTE无线设备研发提供了完整的测试产品线。设备制造商自始自终都可以依赖于是德科技的产品和专家级的支持。

　　如下图所示，我们可以看到是德科技在LTE FDD/TD-LTE各个领域以及客户研发设备的整个生命周期都能给出完整的解决方案，适合不同客户的需求。

　　图一 Keysight LTE整体解决方案

　　2 Keysight TD-LTE测试解决方案

　　干扰信号和有效信号还有另外一个特点，那就是干扰信号和有效信号会随着车速、风速的快慢而改变。抗干扰的方法如图4所示，首先由RC 组成的低通滤波器滤除高频干扰信号，并对输入信号的幅值进行限幅与整形，再由光电隔离器件实现数据采集器与变频器之间的隔离，从而实现数字信号通道的抗干 扰要求。

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　　2.1 Keysight的接收机端测试系统

　　通过signal studio波形生成软件生成LTE波形下载到PXB进行播放，通过PXB模拟MIMO Fading信道状况，并利用另外两台EXG/MXG分别输出两路MIMO射频信号，来测试在有干扰和多径的情况下的LTE接收机接收信号和抗干扰的能力。

　　

　　图二 LTE接收机测试

　　2.2 LTE信号源端解决方案配置列表

　　2.2.1 MXG（N5182A）矢量信号源（X2台）

　　– N5182A-503：频率范围250 kHz to 3 GHz

　　– N5182A-654：基带信号发生器125 MS/s ，8M Samples

　　– N5182A-019：增加基带信号发生器内存到64M Samples

　　– N5182A-403：校准的AWGN（当需要C/N测试时选配）

　　– N5182A-UNV：增强动态范围

　　– N5182A-012：LO相位同步选件

　　2.2.2 N7625B Signal Studio for TD-LTE

　　MXG N5182A配置

　　– N7625B-SW3：TD-LTE基本和增强功能，连接是德科技N5182A信号源

　　– N7625B-EFP：TD-LTE基本功能

　　– N7625B-QFP：TD-LTE增强型功能

　　ESG E4438C配置

　　– N7625B-SW1：TD-LTE基本和增强功能，连接是德科技E4438C信号源

　　– N7625B-1FP：连接是德科技E4438C信号源

　　– N7625B-EFP：TD-LTE基本功能

　　– N7625B-QFP：TD-LTE增强型功能

　　2.3 N7625B TD-LTE信号生成软件

　　主要功能

　　· 带宽可支持到20MHz （up to 20 MHz）

　　· 支持所有七种上下行配置（0~6）

　　· 支持所有9种特殊子帧配置（0~8）

　　· 支持两种循环前缀（Normal or Extended）

　　· 支持多种调制方式（BPSK， QPSK， 16QAM， or 64QAM）

　　· 加扰

　　· 支持下行同步信号P-SS， S-SS

　　· PBCH，PDSCH，PDCCH，PHICH， PCFICH

　　· PUSCH，PUCCH Format 1/1a/1b/2/2a/2b

　　· Uplink demodulation reference signal

　　· Uplink sounding reference signal

　　· E-UTRA Test Model （E-TM） 快速设置

　　· 支持多载波信号 （最多可支持16个载波）

　　· BCH，DCI，UCI，CFI，HI等传输信道的全编码

　　· Fully transport layer coding for DL-SCH and UL-SCH with UCI

　　· 支持DL-SCH和UL-SCH的HARQ processing

　　· 最高支持到2 codewords信道编码以及1，2，3，4 layer mapping

　　· 最高可支持4x4 MIMO预编码（Tx Diversity和Spatial Multiplexing）

　　· FRC信道的快速设置

　　可以通过图形化界面显示资源分配， CCDF曲线和波形曲线

　　可通过 .NET API进行远程控制和自动编程

　　可支持连接E4438C ESG， N5162A MXG ATE， N5182A

　　可支持连接N5106A PXB MIMO接收机测试仪

　　2.4 PXB MIMO接收机测试系统

　　

　　是德科技的N5106A PXB MIMO 接收机测试仪能够有效地解决在实际无线信道条件下多天线信号产生和信道仿真的需求（图 1）。它可以快速生成真实条件下的 MIMO 环境和 MIMO 信道，并可生成包括路径衰落和信道相关在内的实际衰落场景。PXB MIMO 接收机测试仪提供多达 4 个基带发生器（BBG）、8 个衰落产生器（fader）、业内最宽的120 MHz 带宽、能够模拟宽带的无线信道特性，比如时变的多径时延扩展，多普勒扩展，快衰落，阴影衰落等。用户还可自己定制 MIMO 相关性设置（例如，预定义的信道模型、天线方位图和相关矩阵）并可支持 2x2、2x4 和 4x2 MIMO 的信号产生和信道仿真。

　　

　　图1：N5106A多通道基带信号源

　　N5106A多通道基带信号源主要指标：

　　1. 业界领先的基带信号产生性能：

　　• 内部最多有4路基带信号发生器

　　• 每路基带信号发生器都具有512 MSa （2 GB）内存， 最高可达120 MHz 带宽

　　• 高达150M sample/s的符号速率

　　• 最多有8条I/O通路，支持模拟I/Q及数字I/Q信号输出

　　• 支持Signal Studio软件、ADS系统，及其他信号生成工具

　　2. 强大的MIMO信道仿真能力

　　• 支持2x2， 2x4， 4x2 MIMO信号的产生和衰落

　　• 支持的无线通信的SISO信道模型及LTE， WiMAX MIMO信道模型

　　• 能够与现有的设备结合完成射频衰落功能

　　3. 强大的衰落信号产生能力

　　• 最多8路的实时衰落仿真器， 每路衰落仿真器包含最多24条路径

　　• 120MHz的实时衰落带宽

　　• 支持的衰落类型包括 Pure Doppler， Rayleigh， Rician， Suzuki， log normal

　　• Rician K 因子范围： -84 dB to 84 dB

　　• 路径延时： 0 to 2 ms， 精度为0.1 ns

　　• 路径损耗： 0 to 84 dB， 精度为0.01 dB

　　• 车载速率： 0 to 864 km/h@ 2GHz

　　• 支持的频率形状包括 Classical 3dB， classical 6 dB， flat， rounded， Jake classical， Jake rounded

　　• MIMO信道天线距离： -20 to 20 wavelengths

　　• AWGN带宽高达120MHz

　　• 载波干扰比（C/N ratio）： -30 to 30dB， 精度为0.1dB

　　• MIMO信道同步： <21ns

　　• 射频到射频延时：小于55us

　　N5106A 采用模块化结构方式，借助基于现场可升级体系结构的可扩展平台，N5106A PXB MIMO 接收机测试仪可在一小时内完成简单而经济高效的升级，从而满足未来技术的测试需求。这可以最大限度的扩展用户设备的投资价值，延长投资的受益时间。

　　N5106A提供了预定义的SISO及MIMO信道模型，能够实时的产生所需要的信道模型，PXB具有8路的实时衰落产生器，每路衰落产生器可以产生最多24条信号路径，衰落带宽最高可达120MHz。N5106A不仅涵盖了无线通信中常用的信道模型，如Doppler、Rayleigh、Rician、Suziki、log normal等，同时还可以模拟高速移动状态下的实际信道。N5106A还具有灵活的用户自定义功能，用户可以根据自己的需要灵活的设计信道模型。

　　

　　图 2. N5106A 对多径信道的配置菜单

　　PXB通过采用One Box的解决方案，解决了MIMO测试中需要搭配多台测试设备的复杂性，灵活的信号配置和自动功率校准功能消除了衰落和多制式信号共存测试时所需的繁琐而耗时的系统设置问题，使测试时间达到最小。预定义的测试配置可以进一步降低测试时间，这些配置使工程师可以快速配置基带信号发生器和衰落测试所需的复杂的仪器设置。直观的图形用户界面和易于使用的下拉菜单，能够快速、轻松地完成测试设置（例如：MIMO 信道模型和可编辑的路径配置表），同时还可以缩短用户的学习曲线。

　　

　　图 3. N5106A 配置的4´2MIMO系统

　　N5106A 与其它方案的比较

　　N5106A PXB与Keysight传统的信道仿真方案相比，无论在基带信号产生能力方面，还是在无线信道仿真能力方面，都具有明显的优势。

　　1. N5106A具备多通道衰落模拟能力，该仪表具有8路衰落器， 每路衰落器包含24条路径，最大带宽120MHz，并内置MIMO信道模型，能够灵活的仿真真实的无线衰落场景。

　　2. N5106A的自动功率校准功能消除了衰落和多制式信号共存测试时所需的繁琐而耗时的系统设置问题，使测试时间达到最小，通过一键式的方法PXB内部就能够实现自动功率校准

　　5、N5106A配置

　　N5106A选件N5106A选件技术说明

　　N5106A-6188个DSP处理模块

　　N5106A-6344个模拟IQ接口和4个数字IQ接口

　　N5106A-EFP基带信号合成功能

　　N5106A-QFP多径衰落处理功能

　　N5106A-JFP叠加噪声处理功能

　　3、TD-LTE 发射机端测试方案

　　3.1 Keysight TD-LTE发射端测试系统

　　

　　3.2 Keysight TD-LTE MIMO发射端测试系统

　　

　　是德科技借助PXB N5106A多通道信道衰落仿真器，MXG N5182A矢量调制信号源以及MXA/EXA系列信号分析仪搭建的LTE MIMO测试系统可真实模拟和仿真3GPP协议最新标准的MIMO测试，如上图所示，该系统通过PXB N5106A连接MXG 5182A产生TD-LTE标准的2*2MIMO信号，然后通过2台MXA进行发射端分析，借助89601A软件平台可对3GPP Conformance规范的各项MIMO指标进行严格的标定及测试。

　　3.3 发射机端解决方案配置列表

　　3.2.1 MXA（N9020A）矢量信号分析仪配置（2台）

　　– N9020A-508： 频率范围 20 Hz to 8.4 GHz

　　– Or N9020A-513： 频率范围 20 Hz to 13.6 GHz（依照应用和杂散测试要求）

　　– N9020A-B25：25MHz分析带宽

　　– N9020A-PFR：高精确频率参考

　　– N9020A-P03： 3.6G预放选件

　　– N9020A-BBA： 基带IQ输入

　　– N9020A-S40： 基带IQ输入带宽扩展到40MHz

　　– 1161A： 基带无源探头（10M欧姆，1.5米）

　　3.2.2 89601a LTE调制分析软件配置（1个软件COPY）

　　– 89601A-200 基本调制分析软件

　　– 89601A-300 硬件连接选件

　　– 89601A-BHE TDD LTE调制分析软件

　　3.2.3 16822逻辑分析仪

　　

　　16822A 68 Ch， 4 GHz Timing， 250 MHz State， 1M De 16822A 68 Ch， 4 GHz Timing， 250 MHz State， 1M Deep Logic Analyzer w 48 Ch Patt Gen

　　· 16800A-111 基本配置

　　· 16800A-101 16800系列基本硬盘配置

　　· 16800A-102 前面板15英寸液晶显示

　　· 16822A-001 标准1M内存捕获深度

　　· 16822A-250 最大达250MHz的状态捕获速率

　　3.3 MXA（N9020A）矢量信号分析仪

　　MXA N9020A是Keysight最新一代的中档矢量信号分析仪。它运用了最新的数字信号处理技术和开放的Windows XP系统，突破了以往分析仪的极限，支持最快的信号和频谱分析，实现速度和性能的最优化，其应用具有以下特点：

　　

　　– MXA具有业界最快的信号分析能力：比其他信号频谱分析仪快30-300%。低于14ms WCDMA ACLR快速测量；低于75ms模式切换速度。

　　– MXA是业界最高性能的中档信号分析仪：25M分析带宽，1dB电子步进衰减器，73dB WCDMA ACLR动态范围；

　　– MXA具有最先进的用户界面和出色的连通性：最多可有12个Markers，6条Trace，内置细致到对一个按键和功能详细指导的help文件，具备USB 2.0， 100bT LAN with LXI-C compatibility， GPIB等接口。

　　– 最广泛的测试应用和解调能力：MXA内置了是德科技经典的矢量信号分析软件89601A，对于各种模拟，数字调制，脉冲调制信号，可以通过该软件分别从时域，频域，解调域来完成信号的解调分析。

　　– 支持带宽达40MHz的基带IQ输入，应用于无线基带芯片信号调试和性能验证

　　3.4 89601A矢量信号分析仪

　　89601A 矢量信号分析仪软件是基于PC的软件包，专门用于测量大多数数字调制信号的射频和调制质量。它有大量的解调器、滤波器、显示和分析工具，可以提供优异的通用和特定标准信号测试和故障诊断工具，最适合在研发实验室中评估和查错调制信号，并能直接链接至各种Keysight频谱分析仪、数字示波器和模块化VXI系统，支持广泛的特定标准，包括 LTE、WiMAX、WLAN、3GPP、RFID 和 UWB等。其中BHE是针对TDD-LTE解调分析的选件，其主要特点：

　　

　　– 支持LTE下行（OFDM）和上行（SC-FDMA）分析；

　　– 业界最好的EVM（<-50dB）

　　– 支持LTE所有带宽：1.4MHz到20MHz

　　– 支持所有调制方式：BPSK， QPSK， 16 QAM and 64 QAM

　　– 所有上下行所有7种配置（0-6）和特殊子帧8种配置（0-8）

　　– 通过两台MXA支持2x2 MIMO

　　89601A软件支持是德科技各种硬件分析平台，从数字基带端的逻辑分析仪到模拟基带端的示波器以及中频射频信号分析的频谱分析仪包括是德科技VXI结构的89600矢量信号分析仪，针对是德科技从中高端到低端各种类型频谱分析仪以及矢量信号分析仪，下图给出89601A软件LTE解调各项参数指标。

　　

　　3.5 Keysight TD-LTE BBIC/RFIC测试系统方案

　　

　　针对目前LTE的终端BBIC和RFIC测试需求，是德科技除了可以通过逻辑分析仪加89601A矢量分析软件实现数字基带域的分析以外，还可通过N5343A和N5344A分别实现数字基带域的DigRF v3和v4标准接口协议的激励和分析。

　　

　　3.6 Keysight TD-LTE终端（UE）射频及信令协议测试系统

　　

　　是德科技针对目前LTE市场需求，推出了LTE终端测试综合测试仪E6620A以及相应的LTE无线测试应用软件N6050A，以满足LTE终端芯片以及整机的开发工作，提高客户产品研发进程。

　　– 通用的综测仪平台，覆盖到6GHz频段，可满足目前绝大多数无线通信标准应用

　　– 双射频端口，可仿真两个真实的小区，可支持2*2和4*2 MIMO测试

　　– 内置多通道多径衰落，可仿真真实的空间环境，不需要外置射频信道仿真器

　　– Windows XP操作系统，客户可直接将各种应用程序装载在仪表中

　　– 通过无线测试应用软件N6050A可支持呼叫连接和基本射频参数测试，

　　– 和Anite合作开发LTE协议一致性测试系统

　　– 支持端到端的IP测试

　　– 可连接是德科技2G/3G/3.5G综测仪8960，以实现LTE和2G/3G/3.5G网络之间切换测试

　　

　　E6620A内置协议及信令分析软件界面

　　3.7 Keysight TD-LTE无线网络优化规划及路测方案

　　

　　是德科技E6474A路测方案帮助广大无线运营商以及无线设备提供厂商提供更加高效的网络规划布局以适应日益复杂的无线语音及数据业务。该方案通过最简洁的界面能够覆盖几乎所有目前流行的无线通信标准的测试。

　　针对LTE应用，目前该方案可支持700 / 850 / 900 / 1700/ 1800 /1900 MHz; 2.1 / 2.6 / 3.5 GHz的频段，完全可以满足所有目前LTE频段要求。

　　是德科技E6474A路测方案和集成在同一个软件平台下，因此这些不同标准可以在同一软件平台上同时运行和测试，以满足客户同时对于3G网络测试的需求。

　　是德科技LTE路测方案配置：

　　E6474A-645 LTE Receiver measurements license

　　E6474A-030 Indoor mapping license

　　E6474A-040 MapX mapping license

　　E6474A-060 1 Year Software & Support Update Service （SUS）

　　4 总结

　　1. 是德科技借助其在无线，数字以及射频测试领域多年的积累和经验第一时间时间推出LTE解决方案，可以真正帮助可以对于基站收发信机、基站功放、直放站、终端射频芯片、基带芯片分别用不同的测试系统来完成，目前国内做LTE相关设备厂商如大唐、普天、中兴、华为等相关厂商均选择是德科技的测试方案作为其LTE相关研发测试的工具。

　　2. 是德科技强大的研发工具矢量信号分析软件89601A可连接是德科技从基带端的示波器到逻辑分析仪再到中频射频端的频谱分析仪、信号源，甚至连LTE综测仪都可通过该软件连接控制，并分别对数字基带、模拟基带、中频、射频信号进行分析，从而使得我们的客户可以在研发中快速准确定位其问题所在。

　　干扰信号和有效信号还有另外一个特点，那就是干扰信号和有效信号会随着车速、风速的快慢而改变。抗干扰的方法如图4所示，首先由RC 组成的低通滤波器滤除高频干扰信号，并对输入信号的幅值进行限幅与整形，再由光电隔离器件实现数据采集器与变频器之间的隔离，从而实现数字信号通道的抗干扰要求。

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