LTE基站誤碼率測試方法和測試平臺設計

唐彥波

（上海貝爾股份有限公司 上海 200126）

LTE基站的射頻測試是研發和生產中一個關鍵的環節。射頻測試嚴格按照3GPP 36.104[1]，36.141[2]標準分為發射機測試、接收機測試、性能測試。其中接收機和性能測試指標主要有參考靈敏度、動態范圍、阻塞、互調、AWGN和多徑信道下的接收性能，以上指標均是以測試誤碼率（BER）為手段。

基站包括射頻單元（RRU）和基帶單元（BBU），基站設計有兩種不同的架構，一種是射頻和基帶集成在一起構成一個大的模塊，一種是射頻和基帶分離的方式。其中利用光纖接口（CPRI）把射頻拉遠來分離射頻和基帶成為目前基站設計的主流方法。在RRU的研發過程中，在一些關鍵的時間節點上需要測試相關的射頻指標，本文的目的在于提供一種簡潔、方便的測試方案，在BBU研發的過程中，模擬BBU功能進行軟件解碼，同時計算BER；在生產階段也可采用此平臺快捷、方便的驗證產品性能。

1 現有方案及優缺點分析

目前的射頻BER測試方法主要有以下幾種：

1）利用基站基帶硬件單元計算BER

此方法采用矢量信號分析儀調制標準的LTE上行信號，以射頻信號的形式發送到基站，利用RRU的射頻解調模塊還原為基帶信號，把解調后的基帶信號送到基帶處理單元解碼后計算誤碼率。此方法的優點是計算速度較快。

利用基站基帶硬件單元計算BER的方法，需要基站的射頻單元和基帶單元同步工作，在研發RRU的過程中，需要BBU的支持。對于新項目來說，一般RRU和BBU同時研發，因此，在項目進行中的絕大多數時間上是不能利用該方法來檢測RRU的接收機射頻性能的。

2）利用射頻誤碼率分析儀的環回功能測試BER

此方法中基站測試儀即充當信號發生器也起信號分析儀的作用，測試儀發送LTE上行射頻信號到基站，基站利用Uu接口特性把基帶數據還回誤碼率分析儀，從而進行BER分析。此法中射頻信號分析儀充當計算誤碼率的工具。此方法的優點是測試方法比較簡單[3]。

利用射頻誤碼率分析儀的環回功能測試BER的方法，要求核心網的RNC存在的情況下進行測試。因此，此方法需要模擬RNC，且射頻誤碼率儀表價格較貴，現階段利用率不高。

2 系統設計思路

1）利用Matlab或ADS產生LTE上行測試向量

在測試上行指標的過程中，矢量信號分析儀是必不可少的工具，一般Agilent和Rohde&Schwarz公司的具有LTE選件的儀表，價格都較貴，從成本的角度上考慮，本方案中采用ADS生成LTE上行測試向量[4-7]，灌入信號源中，利用信號源把基帶數據轉化為射頻信號發送到RRU中。

2）把RRU板修改成能進行基帶數據采集的CPRI數據接收板

由于基站中射頻單元和基帶單元的接口是CPRI接口，因此，需要一個工具把CPRI數據收集下來，并發送到計算機，以便進行后端數據處理。此平臺從成本和時間周期上考慮采用RRU廢板進行數據采集板的開發。

3）采用ADS來完成解碼算法，使得跨系統移植變得方便

CPRI格式的數據發送到本地計算機后，需要根據CPRI的幀結構轉換到IQ數據，此部分采用了一小段C語言程序，由于開發一套完整的解碼程序需要比較長的時間，此處，我們采用Agilent公司的ADS來進行基帶數據解碼，利用解碼后的數據來計算BER.由于ADS同時也具有CDMA2000、WCDMA等模塊，可以很方便的把相關的解碼算法移植到相應的環境中。

3 系統硬件、軟件設計

本方法首先采用ADS產生一個標準測上行LTE測試向量，通過Agilent的Toolkit工具下載到矢量信號源中，此信號源可以是E4438C或MXG N5182A。由于LTE上行數據幀周期為10 ms，兼顧后端數據同步和信道延遲的考慮，此處產生的LTE信號長度為40 ms，信號源以40 ms為周期循環發送測試向量，如圖1所示，矢量信號源發送的數據向量通過RF電纜傳送到RRU的射頻輸入端，經過RRU內部的雙工器、低噪聲放大器、混頻器、濾波器、放大器、模數轉換器后到達CPRI端口，通過RRU的CPRI發射器傳送CPRI數據到BBU端。

圖1 LTE基站上行BER測試平臺Fig.1 Test platform of uplink BER for LTE base station

此平臺中采用一塊特制的數據采集卡，目的是把數據從CPRI端口接收到后傳送到PC。由于數據采集卡功能較為簡單，單獨做一塊板卡也可。為了節省成本，可以采用RRU的廢板進行部分開發后得到數據采集卡，該數據卡保留RRU的微處理器單元、電源模塊、CPRI速率匹配用的FPGA模塊以及DDR存儲器。數據采集卡內部模塊如圖2所示，DDR控制器和CPRI收發模塊由FPGA完成。DDR控制器共有4個端口：

1）端口1直接連接CPRI收發模塊，端口1能從CPRI模塊接收數據包存儲的DDR中，也可以從DDR中獲得數據發送到CPRI模塊；

2）端口2連接到CPRI模塊中發送口，DDR中的IQ數據通過端口2發送到CPRI模塊；

3）端口3連接到CPRI模塊中接收端口，CPRI模塊中的IQ數據通過端口2接收到DDR內；

4）端口4連接微處理器，處理器通過以太網卡把DDR內的IQ數據發送到PC。同樣微處理器也可以把PC中的IQ數據通過以太網下載到數據采集卡中的DDR內。

圖2 數據采集卡內部框圖Fig.2 Structure diagram of the data acquisition card

IQ數據的捕獲流程如圖3所示，PC首先發送控制命令初始化RRU和數據采集卡，通過以太網建立Socket連接，RRU初始化完畢且設備如圖3所示建立連接后，PC發送IQ數據請求命令道FPGA的P2端口，CPRI獲得相應命令后請求RRU接收解調后的IQ數據，微處理器設置好讀模式和相關的接收寄存器，把接收到的數據存儲在DDR中，同時發送接收數據成功反饋信息到PC，該反饋信息同時包括IQ數據的容量以及存儲地址，PC響應此消息后啟動FTP服務，把接收到的IQ數據從數據采集卡中下載到后臺PC機中，完成數據采集的功能。

PC接收到的IQ數據是9e2格式的數據，需要根據下式來進行格式轉換：

圖3 數據采集流程圖Fig.3 Data acquisition processing

4 測試結果分析

信號通過接收鏈路后后產生路徑延遲和信號幅度變化，因此需要對變換后的IQ數據進行同步和信道估計。相比多徑和AWGN信道下的同步和信道估計，由于平臺中各個模塊直接是采用電纜的方式傳輸數據，噪聲較小。在滿足靈敏度要求的前提條件下，算法中采用接收數據和已知發送數據做相關來進行同步，圖4是接收信號強度為-125.8 dBm的情況下得到的幀同步頭位置，從圖中可以看到幀頭的位置相當明顯。同時把接收信號的幅度值做歸一化處理來模擬信道估計。

同步和信道估計后的數據需要完成解碼過程。在LTE上行測試向量的產生中本平臺采用了ADS軟件，因此，把處理后的數據導入ADS，通過ADS強大的計算能力和完善的模塊功能完成BER計算。

5 結 論

圖4 采用自相關同步后找到數據幀頭Fig.4 Acquisition frame header by auto-correlation synchronization algorithm

該測試系統與現有技術相比，本方案克服了現有方案一需要BBU硬件解碼才能完成BER計算的缺陷；解決了方案二需要昂貴誤碼分析儀的問題。經過實際系統測試本平臺的測試精度達到0.2 dB，完全滿足研發和生產中測試上行相關射頻指標的功能需求。同時本設計還具有開發周期短、投資成本低，操作簡便、計算精度較高，而且還有很強的跨系統移植能力。

[1]3GPP TS 36.104 V10.4.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Base Station （BS） radio transmission and reception，2011.

[2]3GPP TS 36.141 V10.4.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Base Station （BS） conformance testing，2011.

[3]越云，王永強，劉曉飛.基于IEC61850標準的互感器數據傳輸研究[J].陜西電力，2012（2）：43-46.YUEYun，WANGYong-qiang，LIUXiao-fei.Research on transformers data transmission based on IEC61850[J].Shaanxi Electric Power,2012（2）：43-46.

[4]3GPPTS 36.201 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）-General Description，2011.

[5]3GPP TS 36.211 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）-Physical Channels and Modulation，2011.

[6]3GPP TS 36.212 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Multiplexing and channel coding，2011.

[7]3GPPTS 36.213 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Physical layer procedures，2011.