HARQ測(cè)試原理及其TD-LTE基站性能測(cè)試方案

引言

LTE（Long Term Evolution長(zhǎng)期演進(jìn)）技術(shù)是第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的主要方向。作為一種先進(jìn)的技術(shù)，LTE系統(tǒng)在提高峰值數(shù)據(jù)速率、小區(qū)邊緣速率、頻譜利用率、控制面和用戶面時(shí)延以及降低運(yùn)營(yíng)和建網(wǎng)成本等方面擁有巨大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，LTE系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)（2G/2.5G/3G）能夠共存，并且實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)。

LTE系統(tǒng)按照雙工方式分為頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）兩種。其中LTE-TDD制式相對(duì)于FDD制式具有頻譜利用靈活、支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)等諸多優(yōu)勢(shì)，是中國(guó)通信業(yè)界力推的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)吞吐率是衡量TD-LTE基站綜合性能的重要指標(biāo)。吞吐率的測(cè)試需要基站（eNB）與測(cè)試儀器（模擬UE）之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋并動(dòng)態(tài)調(diào)整。測(cè)試儀器不僅需要能夠生成符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE 上行信號(hào)，同時(shí)還需要模擬相應(yīng)的信道衰落模型，并且根據(jù)基站下發(fā)的ACK/NACK指令實(shí)時(shí)地調(diào)整發(fā)射信號(hào)的編碼冗余因子，以模擬真實(shí)的通信環(huán)境。本方案采用安捷倫基帶信號(hào)發(fā)生器與信道仿真儀N5106A PXB或安捷倫最新信號(hào)發(fā)生器N5182B/N5172B作為測(cè)試平臺(tái)，通過Real-time版本的Signal Studio N7625 for LTE TDD生成TD-LTE測(cè)試信號(hào)并經(jīng)過信道衰落后送給基站進(jìn)行解碼從而可以統(tǒng)計(jì)出基站的吞吐率。

1 HARQ測(cè)試原理

1.1 上行HARQ方式

LTE系統(tǒng)將在上行鏈路采用同步非自適應(yīng)HARQ技術(shù)。雖然異步自適應(yīng)HARQ技術(shù)與同步非自適應(yīng)技術(shù)比較，在調(diào)度方面的靈活性更高，但是后者所需的信令開銷更少。由于上行鏈路的復(fù)雜性，來自其他小區(qū)用戶的干擾是不確定的，因此基站無法精確估測(cè)出各個(gè)用戶實(shí)際的信干比(SINR)值。由于SINR值的不準(zhǔn)確性導(dǎo)致上行鏈路對(duì)于調(diào)制編碼模式(MCS)的選擇不夠精確，所以更多地依賴HARQ技術(shù)來保證系統(tǒng)的性能。因此，上行鏈路的平均傳輸次數(shù)會(huì)高于下行鏈路。所以，考慮到控制信令的開銷問題，在上行鏈路使用同步非自適應(yīng)HARQ技術(shù)。

1.2 上行HARQ時(shí)序

LTE TDD制式的上下行信號(hào)在時(shí)域上交錯(cuò)分布，因此其HARQ時(shí)序映射關(guān)系較FDD更為復(fù)雜。根據(jù)3GPP TS 36.213規(guī)定，TDD制式不同UL/DL Configuration下，下行子幀只在規(guī)定位置發(fā)送ACK/NACK指令，每個(gè)位置發(fā)送的ACK/NACK指令對(duì)應(yīng)特定的上行子幀信號(hào)，如表1所示。

表1：TD-LTE HARQ上下行子幀映射關(guān)系

3GPP TS 36.141規(guī)定性能測(cè)試只需在配置1下進(jìn)行，因此可以根據(jù)表1的描述得到配置1時(shí)的時(shí)序圖：

圖1：配置1時(shí)HARQ時(shí)序圖

在配置1時(shí)，上行只在子幀2、3、7和8四個(gè)位置發(fā)送上行信號(hào)；下行由基站在子幀1、4、6和9發(fā)送ACK/NACK指令，指令的指示對(duì)象及重傳位置關(guān)系如圖1所示。

2 測(cè)試平臺(tái)

2.1 硬件平臺(tái)

性能測(cè)試目的在于模擬實(shí)際環(huán)境下的系統(tǒng)吞吐率，因此需要基站與測(cè)試儀器進(jìn)行聯(lián)調(diào)。硬件測(cè)試平臺(tái)包括：支持2天線接收的TD-LTE eNB基站、安捷倫基帶信號(hào)發(fā)生器與信道仿真儀PXB、安捷倫矢量信號(hào)發(fā)生器MXG（主要用于上變頻）以及一臺(tái)四通道示波器（用于系統(tǒng)調(diào)試）。測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

圖2：N5106 PXB測(cè)試系統(tǒng)

PXB實(shí)時(shí)產(chǎn)生TD-LTE上行信號(hào)并經(jīng)過特定信道模型下的衰落后，輸出的基帶I/Q信號(hào)經(jīng)過MXG上變頻分別送入基站的兩根接收天線?；径藢?duì)接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，并以RS232C的串行通信方式將反饋結(jié)果（ACK/NACK指令）傳回至PXB，PXB根據(jù)ACK/NACK指令實(shí)時(shí)調(diào)整RV因子重新發(fā)送數(shù)據(jù)包或選擇放棄當(dāng)前數(shù)據(jù)包（當(dāng)eNB發(fā)送ACK信號(hào)或是已達(dá)到最大重傳次數(shù)）。最后基站端統(tǒng)計(jì)得到系統(tǒng)的吞吐率。