R&S公司LBS測試解決方案

修志華 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術專欄

R&S公司LBS測試解決方案

修志華 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

編者按：隨著無線通信技術的發展和數據處理能力的提高，基于位置的服務成為最具發展潛力的移動互聯網業務之一。無論在室內還是室外環境下，快速準確地獲得終端的位置信息和提供集團服務的需求變得目益迫切。通信和定位兩大系統正在相互融合、相互促進。為了提高在終端設備上這些可用性并對其性能加以驗證，羅德與施瓦茨公司基于無線終端綜合測試儀CMW 500打造了一系列完整的LBS測試解決方案，這些方案已經被告全球領先的移動網絡運營商、芯片制造商、終端設備制造商等廣泛應用。羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司修志華所撰《R&S公司LBS測試解決方案》一文對R&S公司LBS測試解決方案進行了詳細介紹，可供相關人員參考、借鑒。

1 引言

LBS（Location-Based Services），基于位置的服務，指的是通過定位技術獲得終端或用戶的地理位置信息（如經緯度坐標數據），提供給用戶本人或他人以及通信系統，進而根據確定的地理位置為用戶提供相關的各類信息服務或者應用，是一種概念較為寬泛的與空間位置有關的新型服務業務。近年來，隨著無線通信技術的發展和數據處理能力的提高，基于位置的服務成為最具發展潛力的移動互聯網業務之一。無論在室內還是室外環境下，快速準確地獲得終端的位置信息和提供位置服務的需求變得日益迫切。通信和定位兩大系統正在相互融合、相互促進。

為了提高在終端設備上這些位置服務的可用性并對其性能加以驗證，羅德與施瓦茨公司基于無線終端綜合測試儀CMW 500打造了一系列完整的LBS測試解決方案，這些方案已經被全球領先的移動網絡運營商、芯片制造商、終端設備制造商等廣泛應用。

2 移動終端定位方法

2.1 衛星定位（GlobalNavigation Satellite System，GNSS）

應用比較廣泛的主要有GPS、GLONASS、北斗及Galileo等幾種系統。這些衛星導航系統分別由美國、俄羅斯、中國和歐洲組建，每個系統中均包含數十顆衛星。移動終端要使用這些衛星導航系統進行位置定位，至少需要同時看到4顆衛星，然后根據已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，綜合多顆衛星的數據就可知道接收機即終端的具體位置。

基于衛星定位方法定位的優勢是精確，只要能接收到4四顆衛星的定位信號，就可以進行誤差在5～10m以內的定位。而GNSS定位由于接收機任何時刻都至少被4顆衛星覆蓋，所以信號得到了很好的保證，并且由于衛星居高臨下，排除衛星鐘及大氣干擾等因素，精度也能保證在幾米至幾十米。缺點是GNSS受天氣和位置的影響較大，當遇到天氣不佳的時候或處于高架橋/樹蔭的下面，或在高樓的旁邊角落、地下車庫或露天的下層車庫（或簡單地說當見不到天空的時候），GNSS的定位就會受到相當大的影響，甚至無法進行定位服務。另外，傳統GNSS首次定位（冷啟動）一般需要幾分鐘的時間，并且普遍受到所處定位環境的影響。

2.2 輔助-衛星定位（Assisted-Global Navigation Satellite System s，A-GNSS）

A-GNSS技術是一種結合了通信基站信息和GNSS信息對移動終端進行定位的技術。相對于傳統的GNSS定位技術，A-GNSS技術在終端的GNSS模塊搜索到衛星信號之前，通過通信基站獲知一系列衛星的信息，GNSS模塊根據這些信息就很容易直接找到衛星了。因此，可以大大提高終端首次定位的效率。一般來說，只需要幾秒鐘就可以完成首次定位，這也是相比傳統GNSS的最大優勢。

2.3 無線通信基站定位

終端使用GNSS或A-GNSS技術進行位置定位，都需要接收到至少4顆衛星信號。如上所述，GNSS信號受天氣和位置的影響較大，如果終端不能正常接收GNSS衛星信號，通過上述方法就無法進行位置定位。因此，基于無線通信基站的定位方法應運而生。

目前，基于無線通信基站定位主要有OTDOA（Observed TimeDifferenceofArrival，到達時間差定位法）和eCID（EnhancedCell ID）方式。

OTDOA是根據至少3個基站與移動終端信號傳播的時間差值進行定位的技術。OTDOA通過測量兩個或更多的基站參考信號（RS）的到達時間差（RSTD），在已知各基站位置的情況下計算出終端所在位置。

OTDOA定位技術如圖1所示，兩個基站的參考信號到達時間差可以描述成一個雙曲線，雙曲線的焦點為兩個基站所處的位置。這種方法至少需要3個基站，3條雙曲線的交點就是終端所處的位置。

圖1 OTDOA定位技術

OTDOA定位技術的精度受到環境的影響，在郊區和農村可以將移動臺定位在10～20m之間的范圍內；在城區由于高大建筑較多，電波傳播環境不好，信號很難直接從基站到達終端，一般要經過折射或者反射，定位精度會受到影響，定位范圍約為100～200m。

eCID定位技術主要有圖2所示的3種方法：

圖2 eCID技術

●與服務基站的距離進行定位。

●與至少3個基站的距離進行定位。

●與至少3個基站的角度進行定位。

由于OTDOA/eCID等基于基站的定位技術不依賴于GNSS信號，彌補了GNSS在室內或其他極端條件下無法定位的缺陷，OTDOA/eCID成為了GNSS之外越來越多運營商另一個強制要求的終端定位技術。

2.4 混合定位（Hybrid）

隨著定位技術的發展以及用戶對定位應用需求的增多，混合各種不同的衛星系統定位方式或者混合A-GNSS和無線通信定位方式等混合定位方式在將來也會獲得廣泛應用。

2.5 控制平面和用戶平面

A-GNSS、OTDOA/eCID、混合定位等方式都需要在基站與終端之間交互定位輔助數據和定位信息。為此，3GPP定義了一些通用定位通信協議，如LPP（LTE Positioning Protocol）、RRC、RRLP等。使用這些通信協議在基站與終端之間交互定位信息，可以使用網絡的控制平面（ControlPlane）或用戶平面（UserPlane）。相對來說，控制平面的實現方式需要用到專用控制信道并且會顯著地增加移動網絡成本，因為多個網元需要在軟件和硬件上升級才能支持這些定位相關的控制平面信令。因此，用戶平面的實現方式更容易被用于商業應用；用戶平面的應用是通過SUPL（SecureUser PlaneLocationProtocol）實現的。LPP/RRC/RRLP等消息作為SUPL消息的承載（Payload），是定位信息的實際載體。

SUPL的最初版本SUPL 1.0不支持LTE網絡，SUPL 2.0作為SUPL的一個進階版本，是伴隨著LTE產生的。SUPL 2.0支持LPP定位協議，以及OTDOA、W i-Fi等新的定位技術。同時，SUPL 2.0還能夠兼容現有的所有定位協議和技術，例如在LPP之外，它同樣支持當前正在2G、3G網絡中廣泛使用的通用定位協議，如RRLP、RRC等，因此SUPL 2.0可以廣泛地部署在網絡中，無論是2G、3G或是4G網絡。SUPL2.0的這種靈活性非常重要，尤其是在LTE部署的最初階段，因為LTE的部署不可能一蹴而就，必然需要從現有網絡平滑過渡，SUPL 2.0對各種協議的兼容性保證了從各制式網絡到LTE網絡的平滑無縫過渡。

3 R&S公司LBS測試解決方案

圖3 TS-LBS系統

R&S公司作為在移動終端測試方面領先的測試設備商，可以對移動終端提供全面的測試方案，不僅覆蓋終端從研發、一致性認證到生產的各個測試階段，而且可以提供終端的一站式解決方案，包括射頻、協議、USIM卡、性能、音視頻和應用等各個方面。而在LBS測試方面，R&S也可以提供全面的解決方案.

3.1 TS-LBS測試A-GNSS定位

圖3所示為TS-LBS系統，由一臺無線終端綜合測試儀CMW 500和通用信號源SMBV100A組成，CMW 500可以產生2G、3G、4G的通信信號來模擬通信基站，SMBV100A可以產生GPS、GLONASS、北斗、Galileo等衛星信號，整個系統由安裝在電腦上的CONTEST軟件進行控制。該系統涵蓋的A-GNSS測試內容包括：

（1）射頻最小性能

●2G：TS51.010-1的70.11.x、70.16.x節。

●3G：TS37.571-1的第5和6章。

●LTE：TS37.571-1的第7章。

定位信息的交互可以使用控制平面或用戶平面，A-GNSS目前支持A-GPS、A-GLONASS和A-Beidou3種方式。

（2）協議測試

●2G：TS51.010-1。

●3G：TS34.123/TS37.571-2。

●LTE：TS37.571-2。

●OMASUPL1.0和SUPL2.0。

另外，該系統還可以支持運營商定制的LBSIOT測試用例，包括AT&T、VZW、T-Mobile以及NTTDoCoMo等運營商的測試需求。

3.2 TS-LBSAdvanced系統測試OTDOA/eCID定位

圖4所示為TS-LBSAdvanced系統，由2臺CMW 500組成。由于OTDOA/eCID通常至少需要3個無線通信小區，而一臺CMW 500可以模擬2個獨立的完整小區，所以系統需要使用兩臺CMW 500，另外需要使用射頻合路器TS-CONN對射頻信號進行合路。整個系統同樣由安裝在電腦上的CONTEST軟件進行控制。該系統可以涵蓋TS37.571-1的FDD LTE（8.1.1，9.1.1，9.1.3）和TDD LTE（8.1.2，9.1.2，9.1.4）一致性測試用例。該系統還可以用于運營商定制的OTDOA/eCID IOT測試用例。

圖4 TS-LBSAdvanced系統

另外值得一提的是，該系統與TS-RRM Advanced的硬件完全相同。因此，客戶可以根據需要，使用同一套硬件平臺并配置不同的軟件選件，以實現不同的測試需求。

3.3 混合定位測試

圖3和圖4的兩套系統可以合二為一，即在圖4所示的TS-LBS Advanced系統中增加一臺SMBV100A，則可涵蓋3.1和3.2所述的所有測試用例。另外，該系統還可以測試采用混合定位方式的測試用例。基于該系統，R&S使用軟件選件LBSKCL002提供37.571-1 LTE FDD HYBRID eCID/ OTDOA&GNSS的測試用例，使用LBS-KCL012提供37.571-1 LTETDD HYBRID eCID/OTDOA&GNSS的測試用例。對于運營商定制的Hybrid方式IOT測試用例，則使用專有的測試用例包。

3.4 A-GNSS錄制回放測試

圖5所示為R&S提供的A-GNSS錄制回放解決方案。錄制系統由TSMW掃頻儀和IQR記錄儀組成，在錄制過程中，將所在地的信息通過掃頻的方式轉化為IQ數據，保存在IQR中；回放過程中，則將保存在IQR中的信息導入到SMBV100A然后提供給終端，CMW 500則提供通信小區環境和所需的定位輔助信息，這樣可以實現在實驗室測試外場的場景，被稱為F2L（Field To Lab）方式。目前，主要有ATT和TMO對終端的F2L測試提出需求，R&S分別使用軟件選件LBS-KOL4Mx和LBS-KOL6Mx提供解決方案。

圖5 A-GNSS錄制回放

3.5 OTA（OverTheAir）天線性能測試

圖6所示為OTA天線性能測試解決方案。整個系統使用AMS32軟件進行控制。針對CTIA（美國無線通信和互聯網協會）和VZW的OTA測試需求，R&S分別使用軟件選件AMS32-K33/OTA-KT810和AMS32-K32/OTA-KT800提供解決方案。

4 結束語

A-GNSS、OTDOA/eCID、LPP/RRC/RRLP以及SUPL2.0是定位的關鍵技術，在不同的應用場景，終端可以選擇不同的定位方式進行定位。隨之而來的是，在終端和網絡系統技術上的日益復雜作為代價，這意味著更多的研發成本，對終端和網絡更為完善的一致性測試和性能測試，這需要網絡運營商、終端設備商、測試設備商以及整個行業共同的努力。R&S公司在LBS測試方面，不依賴于任何第三方，可以提供全套的測試解決方案，是終端廠商和運營商的理想選擇。

圖6 OTA天線性能測試