Методы тестирования радиооборудования сети LTE. Подробный анализ

Александр Сергеевич Константинов

В книге произведён анализ методов тестирования радиооборудования сети LTE с подробным описанием особенностей проведения тестирования. В первой главе описан набор показателей, позволяющих оценивать качество функционирования радиооборудования. Во второй главе произведен подробный анализ типовых параметров и характеристик, проанализированы особенности процессов тестирования и измерений. В третьей главе сделан обзор основных видов контрольно-измерительного оборудования для тестирования.

1.2. Анализ нормативной документации

В соответствии с классификацией 3GPP, приведенной в таблице 1.3, технологии радиодоступа LTE-Advanced двенадцатой редакции описаны спецификациями 36-й серии.

Таблица 1.3. Классификация спецификаций 3GPP

Спецификации любой из серий являются либо техническими спецификациями TS (Technical Specifications), либо техническими отчетами TR (Technical Reports). Технические спецификации определяют стандарт и являются конечным продуктом деятельности 3GPP, в то время как технические отчеты представляют собой рабочие документы на промежуточной стадии разработки. На настоящее время в 36 серию входит более 200 спецификаций, но только 69 из них являются техническими спецификациями. В аспекте тестирования радиооборудования (РО) сети LTE особый интерес представляют следующие технические спецификации: ETSI TS 136.101 (описывает предельно допустимые параметры абонентских станций), ETSI TS 136.508 (описывает исходные условия и тестовые модели, применяемые по умолчанию для тестирования абонентских станций, если в методике не указано другое), ETSI TS 136.521—1 (описывает методы тестирования абонентских станций, является основной спецификацией), ETSI TS 136.104 (описывает предельно допустимые параметры eNB) и ETSI TS 136.141 (описывает исходные условия, тестовые конфигурации, тестовые модели и методы тестирования eNB, является основной спецификацией). Следует отметить, что именно eNB образуют усовершенствованную универсальную наземную подсистему радиодоступа (E-UTRAN, Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) сети LTE. Проанализируем поочередно спецификации, относящиеся к eNB, и спецификации, относящиеся к абонентским станциям.

Согласно ETSI TS 136.141 при аттестационных испытаниях eNB следует проверять три типа параметров: радиочастотные характеристики передатчиков, приемников и параметры производительности uplink-каналов (UL-каналов) физического уровня (Physical Layer) радиоинтерфейса PUSCH (Physical Uplink Shared Channel), PUCCH (Physical Uplink Control Channel) и PRACH (Physical Random Access Channel). К параметрам радиооборудования относятся первые два типа, третий тип относится к сетевым аспектам.

К тестируемым параметрам передатчиков относятся: выходная мощность, динамический диапазон полной мощности, уровень мощности передатчика в выключенном состоянии, время перехода передатчика между состояниями ON/OFF, погрешность частоты, величина вектора ошибки (EVM, Error Vector Magnitude), ошибка выравнивания радиочастотных сигналов по времени, мощность ресурсного элемента опорного символа в нисходящем канале, используемая ширина полосы частот, коэффициент утечки мощности в соседний канал, величина нежелательных излучений в рабочей полосе частот (band), величина побочных излучений и уровень интермодуляций. Тестируемые параметры, их номинальные значения и величины максимальных погрешностей для каждого вида теста передатчиков указаны в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Тестируемые параметры передатчиков eNB

Продолжение таблицы 1.4. Тестируемые параметры передатчиков eNB

К тестируемым параметрам приемников относятся: эталонная чувствительность, динамический диапазон, внутриканальная избирательность, избирательность по соседнему каналу (ACS, Adjacent Channel Selectivity), уровень блокирования, уровень паразитных излучений и уровень интермодуляций нелинейных элементов приемника. Тестируемые параметры, их номинальные значения и величины максимальных погрешностей для каждого вида теста приемников указаны в таблице 1.5.

Таблица 1.5. Тестируемые параметры приемников eNB

Продолжение таблицы 1.5. Тестируемые параметры приемников eNB

Cогласно ETSI TS 136.521—1 при аттестационных испытаниях абонентских станций следует проверять следующие параметры: радиочастотные характеристики передатчиков, приемников, параметры производительности downlink-каналов физического уровня радиоинтерфейса Uu PDSCH (Physical Downlink Shared Channel), PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH (Physical Downlink Control Channel), PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel), PBCH (Physical Broadcast Channel), EPDCCH (Evolved PDCCH), индикаторы состояния канала CQI (Channel Quality Indicator), индикаторы выбора прекодирующей матрицы PMI (Precoding Matrix Indicator), индикаторы приоритетности (ранга) RI (Rank Indicator) и параметры производительности мультимедийных сервисов MBMS. Необходимо отметить, что описанию тестирования радиооборудования отведен значительно меньший объем документа. Большая часть описывает сетевые процедуры, связанные с необходимостью осуществления полномасштабной обратной связи относительно eNB посредством сигнализации абонентских станций, значение которой трудно переоценить, однако далее будут рассмотрены только первые два проверяемых пункта, относящиеся к передатчикам и приемникам, как имеющие непосредственное отношение к тестированию радиооборудования.

К тестируемым параметрам передатчиков абонентских станций относятся: выходная мощность, предел снижения мощности (MPR, Maximum Power Reduction; снижение максимальной выходной мощности происходит при переходе на более высокий порядок модуляции и/или при увеличении числа ресурсных блоков), точность настройки выходной мощности (учитывается параметр MPR), минимальная выходная мощность, уровень мощности передатчика в состоянии OFF, уровни мощности временной маски, точность управления выходной мощностью, погрешность частоты, величина вектора ошибки, утечка мощности несущей, внутриполосные излучения нераспределенных ресурсных блоков, EVM-коррекция плоскостности спектра (определяется при помощи корректировочных коэффициентов, полученных в ходе измерения EVM), используемая ширина полосы частот, спектральная маска, коэффициент утечки мощности в соседний канал, величина побочных излучений, уровень интермодуляций и ошибка времени выравнивания (TAE, Time Alignment Error).

Следует отметить, что структура спецификации ETSI TS 136.521—1 содержит дополнительные разделы, описывающие методику тестирования параметров мощности передатчиков для HPUE (High Power UE; имеются в виду все типы абонентских станций класса мощности 1, определенные в спецификациях, начиная с редакции 10). Также следует отметить, что присутствует разделение методик тестирования всех параметров передатчиков (за одним исключением) для абонентских станций, абонентских станций, использующих CA, и абонентских станций, использующих UL-MIMO. Исключение — ошибка времени выравнивания (методика тестирования данного параметра приведена исключительно для абонентских станций, использующих UL-MIMO). Тестируемые параметры, их номинальные значения и величины максимальных погрешностей для каждого вида теста передатчиков указаны в таблице 1.6.

Таблица 1.6. Тестируемые параметры передатчиков абонентских станций

Продолжение таблицы 1.6. Тестируемые параметры передатчиков абонентских станций

Продолжение таблицы 1.6. Тестируемые параметры передатчиков абонентских станций

Продолжение таблицы 1.6. Тестируемые параметры передатчиков абонентских станций

К тестируемым параметрам приемников абонентских станций относятся: эталонная чувствительность, максимальный уровень входного сигнала, избирательность по соседнему каналу, уровень блокирования, паразитный отклик (уровень паразитных составляющих), уровень интермодуляций и уровень паразитных излучений.

Следует отметить, что структура спецификации ETSI TS 136.521—1 содержит разделение методик тестирования параметров приемников (за одним исключением) для абонентских станций, абонентских станций, использующих CA, и абонентских станций, использующих UL-MIMO. Исключение — уровень паразитных излучений: методика тестирования данного параметра представлена без разделений. Тестируемые параметры, их номинальные значения и величины максимальных погрешностей для каждого вида теста приемников абонентских станций указаны в таблице 1.7.

Таблица 1.7. Тестируемые параметры приемников абонентских станций

Продолжение таблицы 1.7. Тестируемые параметры приемников абонентских станций

Для оценки того или иного параметра необходимо использовать значение максимально допустимого отклонения применительно к значению, указанному в минимальных требованиях, с целью обеспечения более мягких условий теста. При тестировании радиооборудования сети LTE крайне важно ориентироваться на основные спецификации, разработанные 3GPP, поскольку производные документы (приказы министерства связи, правила эксплуатации и т.п.) часто выпускаются в сокращенном виде, содержат неточности перевода и имеют совершенно другую структуру описания, что делает данные документы непригодными для использования в качестве методики тестирования. Например, в приказах министерства связи, относящихся к абонентским станциям LTE, параметр эталонной чувствительности приемников описан в сокращении, а значения указаны уже с учетом допусков тестирования без пояснений. Таким образом, инженеру, взявшему данный документ с намерением протестировать приемники абонентских станций LTE, невозможно будет понять, какие допуски считать приемлемыми.

Важно отметить, что стандарт LTE, взявший название LTE-Advanced с редакции 10, является «живым», развивающимся на настоящее время стандартом мобильной связи. Наряду с выпускаемой редакцией уже ведутся работы над последующей редакцией, а между утверждениями окончательных версий предыдущей и последующей редакций редко проходит более полутора лет. Поэтому довольно часто можно наблюдать в спецификациях отсутствие требований к ряду параметров, которые должны быть определены, например, для дополнительных рабочих полос частот. В таких случаях указывается «FFS», «For Further Study», что означает «для дальнейших исследований».

Как можно видеть по приведенным выше основным различиям редакций с 8 по 12, с каждым выпуском очередной редакции редко добавляется что-то принципиально новое. Большая часть усовершенствований касается уже существующих технологий, что говорит о большом потенциале развития стандарта.