1 引言
按照3GPP的規范，目前LTE至LTE-A主要分為三個版本，分別是Release 8，Release 9，Release 10。也就是說，3GPP從Release 8開始引入LTE標準；Release 9相對于Release 8來說，在物理層定義上，增加了“定位參考信號”、“廣播多播單頻網”、“雙流波束賦型”等特性；在Release 10里面，物理層上又增加了“載波聚合”、“共享信道分簇”等特性，LTE Release 10也被稱之為LTE-Advanced 或者 LTE-A。
對于網絡設備廠商來說，無論是在研發階段還是生產階段，基站和直放站等設備的射頻測試采用的都是矢量信號源和信號分析儀的方法。以LTE基站射頻測試為例，廠商利用矢量信號源產生LTE上行信號，模擬終端發射上行信號用來對基站進行接收特性測試和性能測試，利用信號分析儀測試LTE基站發射的下行信號射頻指標。
對于芯片和終端廠商來說，在研發初期，同樣會用到矢量信號源和信號分析儀。與基站測試類似，芯片和終端廠商利用矢量信號源生成LTE下行信號，模擬基站的發射信號，用來測試終端的接收靈敏度、吞吐率等特性。信號分析儀則用來測試終端發射的上行信號射頻指標。
由此可知，矢量信號源和信號分析儀作為通用的射頻測試儀器，廣泛應用于LTE和LTE-A設備的射頻測試。
2 LTE及LTE-A信號產生方案
上文說到需要利用矢量信號源產生LTE/LTE-A的上行或下行信號用來測試LTE設備的接收性能。下面以3GPP的LTE/LTE-A規范文檔為依據，簡要介紹如何利用R&S的信號源SMU200A來產生LTE/LTE-A測試信號。
首先，以LTE Release 8的網絡設備射頻測試為例，主要根據規范3GPP 36.141的第七章和第八章進行測試。其中，第七章是基站接收測試，需要信號源能夠產生有用LTE信號、白噪聲信號、干擾信號，信號源SMU200A能夠在一臺源內部同時實現所需的所有三種信號。第八章屬于基站性能測試部分，主要考察了基站在典型衰落場景下的工作性能和混合自動重傳等功能。以3GPP 36.141 8.2.2“上行時延調整”測試例為例，該測試例的背景是將兩個模擬終端信號輸入基站，這兩個終端一個是固定終端，另一個是移動終端，移動終端與基站之間的延時是不停變化的，基站為了能夠正確的接收移動終端發射的數據包，需要將“混合自動重傳（HARQ）”信息發送給移動終端，移動終端根據基站的反饋信號做發射時間的自動調整，同時兩個終端的信號上都加載有加性高斯白噪聲信號，此時觀測基站吞吐率的變化是否滿足規范要求。3GPP給出的測試框圖如圖1所示。
圖1 上行時延調整測試例連接框圖
根據圖1顯示，要完成該項測試，需要：兩臺信號源，一臺模擬固定終端，一臺模擬移動終端，而且模擬移動終端的信號源需要能夠接收基站發出的HARQ信息并進行正確響應；噪聲信號發生器，用于產生噪聲信號；衰落模擬器，用于模擬移動終端與基站之間的時延變化特性。R&S的信號源SMU200A具有很高的集成度，在一臺信號源內部可以實現兩路獨立的信號發射，并且在信號源內部模擬衰落特性和加性高斯白噪聲信號，即一臺信號源內部實現上述所有功能。單臺信號源SMU200A測試上行時延調整的配置界面如圖2所示。
圖2 SMU200A測試上行時延調整配置界面
然后，LTE Release 8的后續演進是LTE Release 9，從信號物理層方面來看，Release 9主要在下行鏈路方向做了改進，主要增加了三個特性：“Positioning reference signal（定位參考信號）”、“Dual layer beamforming（雙流波束賦形）”、“MBMS single frequency network（廣播多播單頻網業務）”，R&S的信號源SMU200A能夠產生完全符合上述所有新特性的LTE信號。以定位參考信號的產生為例，信號源SMU200A允許用戶根據3GPP的規范修改多項參數，如發射周期、帶寬、功率等。圖3顯示了SMU200A產生頂位參考信號的配置界面和定位參考信號的分布圖。
圖3 利用SMU200A產生LTE定位參考信號
最后，針對LTE Release 10版本，也就是我們所說的LTE-A，3GPP在下行鏈路和上行鏈路兩個方向都做了改進，增加了“Carrier aggregation（載波聚合）”、“Enhanced multiple antenna technologies（支持下行8天線，支持上行4天線）”、“Uplink multiple access（支持PUSCH分簇，支持PUSCH/PUCCH同時發送）”等特性。R&S的信號源SMU200A已經能夠滿足LTE Release 10大部分新特性。
例如在LTE-A的下行方向，需要實現載波聚合，R&S的信號源SMU200A可以設置多達5個LTE載波，每個載波的參數可以單獨設定，完全可以滿足LTE-A的要求。SMU200A LTE-A 載波聚合的配置界面如圖4所示。
圖4 利用SMU200A產生LTE-A 5載波聚合信號
再例如LTE-A的上行方向， 要求能夠實現PUSCH分簇，并且支持PUSCH/PUCCH同時發送，圖5是R&S的信號源SMU200A產生LTE-A信號時，同時生成的資源分布圖，通過該圖能夠看到，SMU200A能夠輕松實現這些特性。
圖5 利用SMU200A產生LTE-A 上行信號
上文介紹了SMU200A能夠產生符合LTE至LTE-A各個版本的上下行信號。此外，SMU200A還提供基帶算法驗證功能。目前，國內LTE Release 8的設備已經比較成熟，各廠商已經開始LTE Release 9 和 Release 10的研發工作，而在研發初期，基帶算法研發人員對3GPP規范給出的算法理解可能會有偏差，R&S的信號源SMU200A為此提供了數據驗證功能，研發人員可以將自己做的數據向量與信號源做的數據向量進行比對，SMU200A可以在9個不同的數據處理節點位置產生數據向量用于比對，這有助于研發人員快速定位問題。圖6顯示了SMU200A能夠在9個不同的數據處理產生數據向量。
圖6 利用SMU200A在不同節點產生數據向量
通過上述描述可以看出，R&S的高端信號源SMU200A不但具有很高的集成度，能夠在一臺源內部實現諸多功能，而且正在快速的跟進3GPP LTE-A的新規范，以滿足客戶的多種需求。
3 LTE及LTE-A信號分析方案
本文主要介紹了LTE/LTE-A信號的產生方案，實際測試中，我們還需要有儀器能夠對被測設備發射的LTE/LTE-A信號進行分析，下面我們就簡要介紹一下R&S公司提供的LTE/LTE-A射頻發射測試方案。
R&S公司提供的多種信號分析儀FSW，FSQ，FSV等都可以對LTE/LTE-A信號進行解調，以LTE-A為例，圖7中顯示的是對上一節中SMU200A產生的LTE-A信號的測試結果，發射配置是PUCCH和PUSCH同時發射，且PUSCH分簇發射。從圖7中可以看到，信號分析儀能夠正確解調出PUSCH和PUCCH信號的功率、EVM等指標。
圖7 LTE-A信號射頻測試結果示例
除了可以對LTE/LTE-A信號進行解調，R&S的信號分析儀還可以面對更復雜的測試。例如目前無線通信網絡的發展趨勢是既要支持多種制式共存，又要節約成本，所以多模基站技術的得到了快速發展。為此，3GPP專門頒布了3GPP 37.xxx系列標準文檔，規定了對多模基站和終端的要求。以多模基站為例，3GPP的文檔規定基站要能支持同時發射兩種或者兩種以上的無線通信信號，這就為測試測量儀器帶來了新的挑戰。
針對上述多模設備的測試需求，有些廠商采用輪循測試的方法，即打開多個測量窗口，對不同載波不同制式的信號一個一個的進行測試，這樣的測試方法不但測試周期長，而且基站處于多制式同時發射狀態，但儀器并沒有對多制式信號進行同時分析，所以容易錯過由于多制式信號共同發射造成的非正常干擾，造成測試結果與實際基站性能不一致。
R&S新一代信號分析儀FSW可以很好地解決多模基站的上述發射測試問題，FSW內部可以保存多達400兆個采樣點，可以一次性完成多種不同制式的信號數據采集工作，然后進行信號分析。這樣的話，基站出于多種制式同時發射狀態，信號分析儀也處于多種信號同時采集-分析的狀態，保證了多個信號分析的完整性。圖8是FSW在分析多制式信號時的顯示界面。
圖8 多制式信號分析顯示結果
4 結束語
本文簡要介紹了R&S公司信號源和信號分析儀在LTE和LTE-A測試中的典型應用，而且可以看出R&S的信號源和信號分析儀一直在密切跟蹤3GPP LTE 新的規范，即使針對多模基站的復雜測試，也能夠輕松應對。
