【摘 要】

　　通过对TD-LTE基站发射机和接收机主要射频指标的介绍，研究了主要射频指标的物理意义，并分析了其测试方法及注意事项，最后证实对TD-LTE基站进行射频测试是非常重要且很有必要的。

　　【关键词】

　　TD-LTE 基站 测试 射频

　　1 引言

　　随着国内4G牌照的发放，TD-LTE系统得到了全球运营商和设备制造商极为广泛的关注。基站设备作为通信网络中重要的网元，其性能的好坏是决定整个通信系统优劣的重要因素，其中射频性能更是影响基站设备性能的关键指标。

　　本文将围绕TD-LTE基站射频测试，对相关依据标准、主要射频指标、测试中的关键问题进行系统分析与介绍。

　　2 依据标准

　　至2013年底，中国通信标准化协会已经完成了LTE基站设备（第一阶段）的行业标准制定。主要依据如下：

　　◆《YD 2571-2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 基站设备技术要求（第一阶段）》

　　◆《YD 2572-2013 TD-LTE数字蜂窝移动通信网 基站设备测试方法（第一阶段）》

　　对应的3GPP标准分别为：

　　◆《3GPP TS 36.104 V9.8.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）： Base Station （BS） radio transmission and reception》

　　◆《3GPP TS 36.141 V9.8.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）： Base Station （BS） conformance testing》

　　目前，中国通信标准化协会已经启动第二阶段行业标准的立项及起草工作，拟将LTE-Advanced的相关特性增加到行业标准之中。

　　3 LTE下行帧结构及各物理信道的资源

　　分配

　　在对TD-LTE系统的发射机和接收机测试进行介绍之前，首先对TD-LTE系统下行帧结构及相关物理信道的物理资源分配规则进行简要介绍。

　　3.1 LTE系统下行帧结构

　　（1）从时域维度

　　一个无线帧（radio frame）为10ms，由10个子帧（subframe）组成，每个子帧为1ms；一个子帧分成2个时隙（slot），每个时隙为0.5ms；一个时隙分成6或7个OFDM符号（OFDM symbols）（分别对应扩展/常规循环前缀）。下行资源格如图1所示：

　　图1 下行资源格

　　（2）从频域维度

　　一个资源块（Resource Block）由12或24个资源单元（Resource Element）组成，对应的子载波间隔分别为15kHz或7.5kHz。不同的信号带宽包含不同数目的资源块（Resource Block）。

　　综上所述，在LTE系统中，物理资源被分成了若干时频二维资源格。各个物理信道在物理资源分配时，需要从时域和频域两个维度进行考虑。在3GPP TS 36.141 V9.8.0 6.1.1中，仅考虑常规循环前缀、子载波间隔为15kHz的情况。

　　3.2 TD-LTE系统下行各物理信道的资源分配规则

　　（1）小区专用参考信号（Cell-specific Reference Signal）资源映射

　　参考信号的资源映射取决于CP（Cyclic Prefix，循环前缀）类型、Cell ID的取值、天线端口（Antenna Port）的数量等相关因素：

　　◆从时域维度：RS分布于每个时隙的第1个符号和倒数第3个符号上。因此，对于常规循环前缀，RS的位置位于symbol 0和symbol 4；对于扩展循环前缀，RS的位置位于symbol 0和symbol 3。

　　◆从频域维度：每6个子载波内有1个RS，在一个符号内RS在频域上等间隔分布。RS的具体位置由Cell ID的取值决定。

　　（2）物理控制格式指示信道（PCFICH）的资源映射

　　PCFICH的资源映射决定于Cell ID的取值：

　　◆从时域维度：PCFICH在每个时隙控制区域的第1个符号上。

　　◆从频域维度：占用4个REG，其中第1个REG的位置由Cell ID决定。

　　（3）物理HARQ指示信道（PHICH）的资源映射

　　多个PHICH channel叠加之后可以映射到同一个PHICH group，一个PHICH group对应12个RE。每个PHICH group内的PHICH channel之间用正交码字进行区分。

　　◆从时域维度：PHICH在每个时隙的第1个符号上。

　　◆从频域维度：每个PHICH信道占用12个RE。

　　（4）下行专用控制信道（PDCCH）的资源映射

　　◆从时域维度：PDCCH在每个子帧的前1～3个符号上。实际占用的的OFDM符号数由PCFICH信道给出。

　　◆从频域维度：多个用户的PDCCH进行复用和加扰等操作，映射到没有用于传输PCFICH和PHICH的REG上。

　　4 发射机测试

　　4.1 测试模式定义

　　由于基站下行发射涉及的配置非常多，在3GPP TS 36.141 V9.8.0 6.1.1章节中，定义了一系列下行链路信号配置来测试eNodeB。这些配置称为E-UTRA测试模型（E-TM），可分为三大类：E-TM1、E-TM2和E-TM3。第一类和第三类可再细分为E-TM1.1、E-TM1.2和E-TM3.1、E-TM3.2、E-TM3.3。

　　4.2 下行RS功率

　　（1）定义

　　下行RS（参考信号）功率是指下行参考符号的资源单元功率。在DL-SCH信道上用以指示绝对下行RS功率。其准确度被定义为：在DL-SCH信道上指示的绝对下行RS功率与基站天线连接器处的下行RS功率之间的最大偏差。

　　（2）物理意义

　　RS信号本身并不承载数据，它是接收端进行信道估计的重要依据，对于整个接收系统实现准确、高效的信号解调起着重要作用。因此，如果RS的信号功率出现较大的偏差，将对整个接收系统的信号解调性能产生影响。

　　（3）测试分析

　　这里首先对测试模式E-TM1.1进行介绍。在3GPP TS 36.141 V9.8.0 6.1.1章节中，其定义如表1（以20MHz信号带宽为例，且只节选了部分参数）。

　　在3GPP TS 36.141 V9.8.0 中对E-TM的定义，基于TDD帧结构“DSUUUDDDDD”。现以subframe #0、slot #0、symbol #0为例来进行分析说明。

　　从表1的参数配置中可以看出，各个物理信道的功率是以RS功率为基准给出的。基于对3GPP TS 36.211的分析，可以知道在subframe #0、slot #0、symbol #0上承载着RS信道、PDCCH信道、PCFICH信道和PHICH信道。如3.2节所述，这几个物理信道所占用的资源数如表2所示。

　　表2 E-TM1.1中symbol #1各物理信道所占资源数

　　信道 E-TM1.1中所占的资源数/RE

　　RS 200

　　PDCCH 748

　　PCFICH 16

　　PHICH 36

　　这些物理信道一共占用200+748+16+36=1000个RE资源。而20MHz的信号，一共占用1 200个RE资源。因此还有1200-1000=200个RE资源没有被占用（200RE=50REG）。此外，在PDCCH中，有7个REG作为填充使用，也没有功率发出。因此，在PDCCH的180个REG上，要承载180+7+50=237个REG的功率，通过计算10lg（237/180）=1.195，可以看出PDCCH的功率做了一定的抬升，这样做的目的是为了保证当总功率在1 200个RE上平均之后，平均到每个RE的功率是相等的，且都等于RS的功率。所以，RS的标称功率应该为总功率的1/1200，即比总功率低10lg1200=30.8dB。

　　4.3 带外发射

　　（1）定义

　　带外发射是指由于发射机的调制过程和非线性导致的信道带外的不期望的发射。基站发射机带外发射的性能要求定义为邻道抑制比（ACLR）和频谱发射模板（Spectrum Emission Mask）。

　　邻道抑制比定义为：以分配的信道频率为中心频率的载波平均功率与相邻的信道频率为中心频率的载波平均功率的比值。频谱发射模板定义为：下行工作频带以及超出下行工作频带上下各10MHz频段范围内的不期望的发射。

　　（2）物理意义

　　在TD-LTE等数字通信系统中，发射信号泄漏到邻近信道的功率可能会对相邻信道中的信号传输产生干扰，进而影响系统性能。邻道抑制比用来保证载波功率不会对相邻信道产生过强的干扰，以免影响相邻信道接收信号的能力。

　　因此邻道抑制比是针对系统自身干扰而言，即不希望对同一系统内工作在相邻载波的其他基站造成干扰。而频谱发射模板考虑更多的是不对工作在相邻频段的其他通信系统造成干扰。

　　（3）测试分析

　　对于TD-LTE系统的TDD信号，在测试中要特别注意，在进行带内发射信号的测量时，需要使用频谱分析仪的Trigger Gate功能以保证频谱分析仪只对进入仪表的下行发射时隙信号进行分析。否则难以得到正确测试结果。

　　以Agilent公司N9020A型频谱分析仪为例进行说明，测试图形如图2所示。

　　在3GPP TS 36.141 V9.8.0中，对于测试模式E-TM1.1和E-TM1.2进行了ACLR测试。在E-TM1.1中，所有PDSCH资源块均具有相同功率，而在E-TM1.2中，对100个RB的资源块进行了功率的提升和降低。因此E-TM1.2更能够仿真多个用户的实际情况。在实际测试中也可以看到，E-TM1.2信号比E-TM1.1信号具有更高的峰均比值。

　　4.4 杂散辐射

　　（1）定义

　　杂散发射指必要带宽之外的一个或多个频率的发射，其发射电平可以降低而不致影响相应信息的传递。杂散发射包含谐波发射、寄生发射、互调产物发射及变频产物发射，但带外发射除外。杂散发射适用于9kHz到12.75GHz，但不包括从下行工作频段的最低频率减10MHz到下行工作频段的最高频率加10MHz的频率范围。

　　（2）物理意义

　　杂散辐射是为了保证基站的发射在全频段范围内不会对其他无线通信系统产生干扰。

　　（3）测试分析

　　与带外发射不同，在进行杂散发射测试时，不能使用频谱分析仪的Trigger Gate功能使频谱分析仪只对进入仪表的下行发射时隙信号进行分析。而应该将Trigger的状态设置为Free Run，以保证基站在任何时段内产生的杂散辐射都能够被频谱分析仪捕捉到。

　　另外，在测试共存共址杂散辐射时，一方面，需要将有用信号进行有效的衰减，以避免损坏频谱分析仪及频谱分析仪产生内部失真；另一方面，由于外接衰减器将降低频谱分析仪的灵敏度，导致无法测量出共存共址杂散辐射要求的小杂散信号。因此，实际测试中多采用带限滤波器仅将有用信号滤掉，这样既衰减了有用信号，又保证了仪表的灵敏度。但随之带来的问题是，有用信号被滤波器滤掉之后，不能对有用信号进行有效的监控以保证在杂散辐射的测试过程中设备都以最大发射功率进行发射。因此，在滤波器之前，需要增加一个大功率的耦合器，通过耦合端实现对基站发射功率的监控，通过直通臂再连接到滤波器上。这样，即满足了杂散测试的要求，又能实现对基站发射功率的有效监控。共存共址杂散辐射测试框图如图3所示：

　　图3 共存共址杂散辐射测试框图

　　4.5 发射机端口之间的时间对齐

　　（1）定义

　　当使用发射分集和空间复用方式时，信号将从两个或者多个天线端口发射。这些信号在时间上应该是对齐的。时间对齐误差被定义为在天线端口处，从两个天线端口之间发射的信号之间的时延。

　　（2）测试分析

　　发射机端口之间的时间对齐是在发射机测试中，唯一在标准中没有定义测试模式的测试例。在3GPP TS 36.141 V9.8.0 6.1.1章节中，对测试模式做了如下定义：测试模式的定义适用于单天线端口（single Antenna Port）的情况。而在本测试例中的应用场景中，发射分集和空间复用方式都是针对2个天线端口（2 Antenna Port）的情况。因此在测试发射机端口之间的时间对齐时，要将频谱分析仪中的Antenna Port数量设置为2，这点需要特别注意。

　　5 接收机测试

　　接收机测试是衡量基站在不同条件下，包括无干扰信号或有干扰信号（AWGN干扰信号、TD-LTE信号）时对给定FRC的解调能力。接收机测试示意图如图4所示。

　　按照不同测试例的测试需求，射频信号源需要设置成不同的输出信号。例如：灵敏度测试时，射频信号源应设置为标准规定的有用信号；动态范围测试时，射频信号源应设置为标准规定的有用信号+ AWGN干扰信号；抗干扰能力测试时，射频信号源应设置为标准规定的有用信号+LTE干扰信号。

　　以下对业界主流的R&S公司和Agilent公司在进行TD-LTE基站接收机测试时，所使用的射频信号源在设置方面的差异进行简单说明。

　　（1）系统配置

　　R&S公司的双通道SMU200A可以实现有用信号源+

　　AWGN干扰、有用信号源+LTE干扰的信号配置。

　　Agilent公司的N5182A只能实现有用信号源+ AWGN干扰的信号配置，有用信号源+LTE干扰的配置需要使用两块N5182A来实现。

　　（2）参数配置

　　在接收机测试中，射频信号源中需要设置两类参数：

　　◆解调相关参数：RF Frequency（频率）、Channel Bandwidth（信号带宽）、Cell ID（小区ID）、UL/DL Configuration（上下行时隙配备）、UE ID/n_RNTI、Offset VRB（RB偏置）、UL Reference Signal（上行参考信号）中的相关参数。

　　◆时延偏差参数：进行接收机测试时，需要将信号源的时钟与基站的时钟信号进行同步。考虑到基站基带部分存在一定的处理时延，因此需要信号源在收到基站时钟信号后，延迟一段时间再将信号发送出，这段时间即为时延偏差。

　　信号源在设置第1类参数时，需要将这些参数的取值与基站的设置值保持一致。在R&S公司的主流信号源SMU200A中，采用了图形化的设置界面，而且内置了根据3GPP标准测试例开发的Test Case Wizard，通过调用Test Case Wizard中相应的测试例，可以对该测试例中涉及到的参数进行集中设置，然后一键应用到仪表中。Agilent公司的信号源N5182A中，需要对上述参数在不同的操作页面分别进行设置。总之，两类主流的射频信号源在设置第一类参数时，操作方式不同但本质上没有差别。

　　信号源在设置第2类参数时，两类主流的射频信号源除了设置Trigger Delay可以改变时延偏差值之外，R&S公司的SMU200A中还有一个参数也将影响到时延偏差，即：Signal Advance N_TA_offset，该参数的取值为0或624 sample。而在Agilent公司的信号源N5182A中该参数并没有开放，而是默认该参数的取值为0。而Signal Advance N_TA_offset及Trigger Delay的取值，各个系统厂商存在实现上的不同，因此在用两种信号源对接收机性能进行分别调测时，需要特别注意该参数的选取。

　　6 结束语

　　TD-LTE基站是TD-LTE网络的重要组成部分，其射频性能直接影响网络质量，因此对TD-LTE进行射频测试非常重要和必要。本文围绕TD-LTE基站射频测试，对发射机测试中的相关射频参数进行了分析，并对发射机和接收机测试中需要特别注意的事项进行了说明。

　　参考文献：

　　[1] 3GPP TS 36.211 V8.9.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Physical Channels and Modulation[S]. 2009.

　　[2] 3GPP TS 36.104 V9.8.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）： Base Station（BS） radio transmission and reception[S]. 2011.

　　[3] 3GPP TS 36.141 V9.8.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）： Base Station（BS） conformance testing[S]. 2012.

　　[4] Agilent Technologies. 频谱分析基础[Z]. 2011.

　　[5] 巩峰，钱光弟. TD-LTE发射机杂散辐射的测试方法与实现[J]. 实验科学与技术， 2011，9（2）.

　　[6] Agilent Technologies. N9082A TD-LTE demo guide[Z]. 2010.