Александр Константинов - Методы тестирования радиооборудования сети LTE. Подробный анализ

Начиная с десятой редакции стандарт LTE претерпел ряд значительных модификаций, и было принято решение с этой редакции называть стандарт LTE-Advanced. Основные отличия LTE-Advanced: добавлена функция объединения несущих (CA, Carrier Aggregation) с целью значительного расширения полосы пропускания, улучшена технология множественного доступа в восходящем канале за счет принятия кластерного SC-FDMA, добавлена возможность координированной передачи/приема CoMP для улучшения качества связи на границе соты, антенные системы базовых станций (БС) MIMO (Multiple Input Multiple Output) стали поддерживать до восьми уровней передачи в нисходящем канале, антенные системы абонентских станций MIMO стали поддерживать до четырех уровней передачи в восходящем канале, стала поддерживаться функция ретрансляции, введена расширенная поддержка гетерогенных сетей HetNet (Heterogeneous Networks). Основной целью введения данных модификаций являлось соответствие требованиям МСЭ (Международный Союз Электросвязи) по скорости передачи данных, допустимой полосе пропускания и спектральной эффективности, определенным для нового поколения мобильной связи 4G. Поставленная цель была достигнута: улучшенный стандарт LTE Advanced, в отличие предыдущих редакций LTE, был утвержден МСЭ в качестве стандарта связи четвертого поколения в январе 2012 г. На настоящее время утверждены полные версии спецификаций LTE-Advanced одиннадцатой (в марте 2013 г.) и двенадцатой редакций (в марте 2015 г.). В одиннадцатой редакции усовершенствованы технологии объединения несущих, MBMS, SON, CoMP и FeICIC (Further Enhanced Inter-Cell Interference Coordination), усовершенствован канал физического уровня PDCCH (E-PDCCH), улучшена поддержка фемтосот, усовершенствован процесс контроля качества обслуживания QoS (Quality of Service), добавлены спецификации, нацеленные на оптимизацию работы батареи абонентской станции и дополнительную защиту сети радиодоступа RAN (Radio Access Network) от перегрузок, улучшено межсетевое взаимодействие с сетями Wi-Fi. В двенадцатой редакции продолжены работы по усовершенствованию стандарта LTE-Advanced, а также появилась возможность объединения несущих парных (FDD, Frequency Division Duplex) и непарных (TDD, Time Division Duplex) участков спектра.

В таблице 1.1 представлены параметры радиоинтерфейса LTE-Advanced.

Таблица 1.1. Параметры радиоинтерфейса LTE-Advanced

В таблице 1.2 представлены рабочие полосы частот и соответствующие им частотные диапазоны стандарта LTE двенадцатой редакции (подпункт 5.5 спецификации ETSI TS 136.141). По данным, приведенным в этой таблице, можно сделать вывод о высокой степени гибкости стандарта в этом аспекте.

Таблица 1.2. Поддерживаемые диапазоны частот LTE двенадцатой редакции

Технические спецификации вышеуказанных редакций описывают стандарт LTE/LTE-Advanced и публикуются независимо шестью партнерами (Organizational Partners) консорциума 3GPP: ARIB (The Association of Radio Industries and Businesses, Japan), ATIS (The Alliance for Telecommunications Industry Solutions, USA), CCSA (China Communications Standards Association), ETSI (The European Telecommunications Standards Institute), TSDSI (Telecommunications Standards Development Society, India), TTA (Telecommunications Technology Association, Korea) и TTC (Telecommunication Technology Committee, Japan). Опубликованные таким образом документы являются теми же спецификациями 3GPP, но выпущенными в различных форматах. На официальном сайте 3GPP доступной для скачивания является версия спецификаций в формате ETSI. В России стандарт LTE описан в приказах Минкомсвязи №128, №129 и №130 от 06.06.2011 г. на основе вышеуказанных спецификаций 3GPP.

В соответствии с классификацией 3GPP, приведенной в таблице 1.3, технологии радиодоступа LTE-Advanced двенадцатой редакции описаны спецификациями 36-й серии.

Таблица 1.3. Классификация спецификаций 3GPP

Спецификации любой из серий являются либо техническими спецификациями TS (Technical Specifications), либо техническими отчетами TR (Technical Reports). Технические спецификации определяют стандарт и являются конечным продуктом деятельности 3GPP, в то время как технические отчеты представляют собой рабочие документы на промежуточной стадии разработки. На настоящее время в 36 серию входит более 200 спецификаций, но только 69 из них являются техническими спецификациями. В аспекте тестирования радиооборудования (РО) сети LTE особый интерес представляют следующие технические спецификации: ETSI TS 136.101 (описывает предельно допустимые параметры абонентских станций), ETSI TS 136.508 (описывает исходные условия и тестовые модели, применяемые по умолчанию для тестирования абонентских станций, если в методике не указано другое), ETSI TS 136.521—1 (описывает методы тестирования абонентских станций, является основной спецификацией), ETSI TS 136.104 (описывает предельно допустимые параметры eNB) и ETSI TS 136.141 (описывает исходные условия, тестовые конфигурации, тестовые модели и методы тестирования eNB, является основной спецификацией). Следует отметить, что именно eNB образуют усовершенствованную универсальную наземную подсистему радиодоступа (E-UTRAN, Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) сети LTE. Проанализируем поочередно спецификации, относящиеся к eNB, и спецификации, относящиеся к абонентским станциям.

Согласно ETSI TS 136.141 при аттестационных испытаниях eNB следует проверять три типа параметров: радиочастотные характеристики передатчиков, приемников и параметры производительности uplink-каналов (UL-каналов) физического уровня (Physical Layer) радиоинтерфейса PUSCH (Physical Uplink Shared Channel), PUCCH (Physical Uplink Control Channel) и PRACH (Physical Random Access Channel). К параметрам радиооборудования относятся первые два типа, третий тип относится к сетевым аспектам.

К тестируемым параметрам передатчиков относятся: выходная мощность, динамический диапазон полной мощности, уровень мощности передатчика в выключенном состоянии, время перехода передатчика между состояниями ON/OFF, погрешность частоты, величина вектора ошибки (EVM, Error Vector Magnitude), ошибка выравнивания радиочастотных сигналов по времени, мощность ресурсного элемента опорного символа в нисходящем канале, используемая ширина полосы частот, коэффициент утечки мощности в соседний канал, величина нежелательных излучений в рабочей полосе частот (band), величина побочных излучений и уровень интермодуляций. Тестируемые параметры, их номинальные значения и величины максимальных погрешностей для каждого вида теста передатчиков указаны в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Тестируемые параметры передатчиков eNB