一種小微站高保真模擬測試系統的設計與實現

李曉良，趙培

1 引言

移動通信模擬測試是制定科學、準確的網絡設計方案的有力保障。在街道站、底層站、室內分布系統等深度覆蓋場景中，信號覆蓋情況難以通過傳播模型進行預測評估。通常需要利用模測系統，在真實場景中發送與接收模擬信號，進行覆蓋效果的預測。

傳統移動通信模測系統主要存在以下幾方面的問題：

（1）受連續波采樣李氏定理的習慣影響，傳統模測系統通常采用窄帶連續波信號，非真實寬帶調制信號，該方式在小尺度衰落明顯的微觀場景中指導性不足。

（2）分布式小微站的應用日漸廣泛，但傳統模測系統是單點源發射，無法模擬多點源收發分集效果。

（3）傳統模測收發設備各自專用，體積較大，兩人操作，效率較低，只能在少量典型場景下以抽樣方式開展，不適于差異大且數量多的小微站場景。

針對上述問題，本文提出了一種可發射高保真小微基站信號的便攜式測試系統方案，解決了信號的高保真及設備的便攜性問題[1]。收發終端均基于商用終端芯片制造，可模擬小微基站發送高保真的真實導頻信號，可實現與實際網絡完全一致的模測數據收集，進而指導深度覆蓋場景下的網絡規劃與優化。此外，該設計方案基于一種時基信號的獲取與同步技術，解決了模擬小微站分布式多點源場景的收發分集問題，可構造分布式網絡覆蓋場景。

目前小微站高保真模測系統已在中國移動設計院13個分院、6個項目組、2個設計部推廣使用，并且已在遼寧移動、廣東移動、重郵信科設計院等單位進行試點應用，應用涵蓋模擬測試、優化補點、室分驗收等不同工作場景。

2 移動通信模擬測試系統同類對比

目前，國內外模測系統主要包含以下兩種模式：一種是信號源配掃頻儀的模式，一種是集成的綜合性室分專用儀表?，F將本課題自主研發的小微站高保真模測終端與上述模測系統典型設備進行技術對比。表1為模擬測試系統同類技術參數與指標的對比：

表1 模擬測試系統同類技術參數與指標對比

3 小微站高保真模擬測試系統技術方案

小微站高保真模測系統由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包含發送終端、接收終端、勘察便攜支架等，軟件部分包含APP及PC軟件兩部分。該模測系統基于便攜式儀表架構關鍵技術，提出了一種受控于中央控制臺的模擬測試系統設計方案，能夠以更低的成本實現小型化模擬測試的目的，并且顯著減小模測系統體積，提高系統便攜性[1]。與此同時，該系統可模擬4G基站發射TD-LTE下行公共信號，利用模測終端在TD-LTE制式下可進行RSRP、RSRQ、SINR等參數測量。此外，基于一種時基信號的獲取與同步技術[2]，模擬測試終端可根據現網小區信號時基發射時基校準，進而實現信號同步，解決了現有技術中存在的室內模擬信號源無法實現與現有時分通信系統的精確同步的問題。

3.1 信號收發與測量

發送終端代表網規網優的擬選站址，負責模擬基站發送LTE下行公共信號。發送終端設計指標如表2所示：

表2 發送終端功能指標

在該系統中，用戶可以通過OTG方式連接手機與發送終端、手機與接收終端，利用手機客戶端完成發送端和接收端的各種參數選擇、配置，實現模測控制。可通過手勢識別來實現室內信號測試結果的打點功能，可便捷地實現數據記錄、數據統計分析等功能，提高模測效率。設備連接圖如圖1所示，小微站高保真模測系統實際工作場景如圖2所示。

3.2 室內路測和定點測試

模擬測試可分為定點測試和連續測試。定點測試是目前比較普遍的測試方法，在測試過程中手動記錄指定幾個點位的測試結果，獲得有限測試數據。連續測試是通過測試分析軟件，自動記錄整個測試路徑上的測試結果，信息量大，但目前連續測試多通過手提電腦實現，攜帶極不方便。

圖1 手機與接收終端連接圖

小微站高保真模測終端基于安卓應用軟件可在手機界面導入自定義圖層，在圖層上對現網TD-LTE小區或模測小區信號強度RSRP連續打點，并可保存打點數據及圖片，對測量參數進行統計分析。

具體打點過程如下所述[3]：

（1）導入樓層平面圖。用戶能夠導入自定義的樓層平面圖，可在手機屏幕上放大或縮小平面圖，圖片格式可兼容png、jpg、vsd、dxf（cad圖紙標準交換格式）等。選擇要導入的樓層平面圖文件之后，到平面圖正確顯示所需的時間小于1 s。

（2）打點選擇。用戶可選擇對駐留小區RSRP打點或對指定監測小區RSRP打點。

（3）測試過程。用戶在樓層平面圖上手動點擊確定測試位置，邊走邊開始記錄接收到的信號強度。記錄的數據按對應的顏色圖例按照時間間隔平均分布在第一個點和第二個點之間，繼續邊走邊記錄信號強度，直到點擊結束按鈕為止。測試結束后，在樓層平面圖上輸出測試結果，并保存測試信號強度文件和打點圖片。

圖2 小微站高保真模測系統實際工作場景

（4）統計分析。測試結束后可對測量參數進行統計分析，顯示統計列表。

圖3為APP室內路測及數據分析界面。

3.3 模測報告自動生成功能

小微站高保真模測系統可以根據測試過程中產生的過程數據，通過PC端軟件自動生成測試報告，提高設計出圖效率。

圖4是利用PC軟件生成模測報告的軟件界面截圖。

4 模測終端精度驗證

4.1 接收終端RSRP估計精度測試

將艾法斯LTE協議分析儀7100作為基站模擬器發送LTE信號，小微站高保真模測系統接收端通過有線方式連接至艾法斯LTE協議分析儀接收LTE信號。測試場景的搭建如圖5所示：

圖3 APP室內路測及數據分析界面

圖4 模測報告自動生成軟件界面

圖5 實驗測試場景

由于發送端和接收端之間通過有線連接（線損經驗值X約為1～2 dB），如果信號源發送功率為-68 dBm，那么到信號源接收端口真實功率為Y=-68－X。

通過表3的測試結果可見：不同頻點下，模測接收終端RSRP測量值均與真實值（-68 dBm－X）接近，且不同頻點之間的RSRP波動誤差在1 dB左右。

在相同發射功率情況下（-68 dBm），修改艾法斯協議分析儀發送信號所處頻點，小微站高保真模測系統接收端分別對不同頻點下的發射數據進行RSRP性能估計測試。測試結果如表3所示。

4.2 發送終端精度測試

小微站高保真模測系統發送端發送LTE信號，Agilent Technologies MXA Signal Analyzer （N9020A）作為接收終端通過有線方式（線損經驗值X約為1～2 dB）與發送端相連。

在相同發射功率（參考信號功率為12 dBm）情況下，修改模測發送終端發送信號所處頻點，Agilent Technologies MXA Signal Analyzer分別對不同頻點下的發射數據進行RSRP測試。表4為發送終端精度測試結果。

表3 接收終端RSRP估計精度測試結果

表4 發送終端精度測試結果

通過表4的測試結果可見：不同頻點下，Agilent Technologies MXA Signal Analyzer（N9020A）掃出發送終端的RSRP強度指標均與真實值（-12 dBm－X）接近，且不同頻點之間的RSRP波動誤差在1 dB左右。

4.3 外場空口測試

利用LTE小型化模測終端對公網信號進行測量，與商用終端在TD-LTE同一小區測量值相當。

圖6為在金泉灣大酒店大堂使用小微站高保真模測系統對TD-LTE信號測量值與商用數據卡對TD-LTE信號測量結值對比圖：

圖6 測量值對比

通過以上三方面測試驗證，小微站高保真模測系統發送信號精度與接收精度均符合模測場景對設備指標的要求。

5 系統推廣與應用

目前小微站高保真模測系統已在中國移動通信集團設計院有限公司13個分院、6個項目組、2個設計部投入使用，并且已在遼寧移動、廣東移動、重郵信科設計院等單位試點應用，應用涵蓋模擬測試、優化補點、室分驗收等不同工作場景。

6 結束語

中國移動通信集團設計院有限公司自主研發小微站高保真信號模擬測試系統，解決了模測信號高保真及設備便攜性的問題，在模測系統精確性、小型化、高效化方面起到了重要的推進作用。相比傳統模測系統，單站點可節約模擬測試時間和網絡優化的選點時間約50%。該方案同樣適用于FDD制式通信系統以及未來5G系統的小微基站場景。2016年底，該系統設計方案榮獲中國電子學會科學技術進步三等獎。

[1] 李曉良,趙培. 一種小型化模測系統[P]. 中國專利:CN201520849289.4, 2015-10-29.

[2] 趙培,朱明,吳興耀,等. 小型化模測終端的關鍵技術及測試驗證[J]. 電信工程技術與標準化, 2014(3): 68-72.

[3] 李曉良. 先進室內模測系統[Z]. 計算機軟件著作權, 軟著登字第1258362號, 2015-04-30.★