LTE体系核心技术分析及eNodeB测验计划讨论

1导言

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 体系的广泛应用满意了用户对数据事务的需求，有用进步了通话质量和数据速率。但是，宽带接入技能的呈现及遍及，Wi-Fi，WiMAX体系高数据速率的优势，对UMTS体系带来很大的冲击。这使得UMTS体系数据速率不高、时延较长、网络结构杂乱等缺乏愈加显着。因而，3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出的UMTS的长时刻演进计划(LTE)，经过供给一个以高速率和低时延为特征的分组优化体系来确保UMTS在未来10年的竞赛力和抢先性。

为完成此方针，LTE体系相对于UMTS体系引进了多项要害新技能，这使得LTE体系在物理层技能，网络结构及协议架构等方面都产生了相应的改善，而且中心网也需求相应的晋级来支撑LTE体系。因而，LTE体系不只是对UMTS体系的演进。LTE体系中eNodeB设备的测验作业也具有更高的应战。测验作为移动通讯产业链中重要的一环，坐落产业链的上游，是整个无线通讯体系正常作业与维护的根本确保。因而，对eNodeB设备的测验办法及测验用例的研讨势在必行。

2 LTE体系的中心新技能

LTE是3GPP为习惯年代需求而提出的新的移动宽带接入规范，为此3GPP规则了LTE体系的各项技能指标并引进了多项中心新技能。

LTE体系的首要技能指标与HSPA体系的比照参见表1。

表1 LTE体系的首要技能指标



为了抵达高数据速率和高频谱利用率，LTE体系在上下行别离利用了SC-FDMA和OFDM调制技能。它们将整个体系带宽分裂为大量子载波，并支撑多种调制办法如QPSK，16QAM及64QAM。LTE体系一起指定了MIMO技能的不同方式，习惯于不同的信噪比条件。LTE作业频率从700MHz到3GHz，信道带宽从1.5MHz到20MHz，为网络运营商供给了灵敏的频带装备办法。LTE体系引进的中心新技能总结如下：

2.1 OFDM/OFDMA

LTE中传输技能选用OFDM调制技能，其原理是将高速数据流经过串并改换，分配到传输速率较低的若干个彼此正交的子信道中进行并行传输。因为每个子信道中的符号周期会相对添加，因而能够减轻由无线信道的多径时延扩展产生的时刻弥散性对体系形成的影响。在OFDM符号之间刺进维护距离，使维护距离大于无线信道的最大时延扩展，然后最大极限地消除由多径引起的符号间搅扰(ISI)。在LTE体系中选用循环前缀CP (Cyclic Prefix)作为维护距离，CP的长度决议了OFDM体系的抗多径才能和掩盖才能。长CP利于战胜多径搅扰，支撑大规模掩盖，但体系开支会相应添加，导致数据传输才能下降。3GPP界说了长短两套循环前缀计划，依据详细的运用场景进行挑选；短CP计划为根本项，长CP计划用于支撑LTE体系中大规模掩盖和多小区播送事务。

LTE规则了下行选用OFDMA，上行选用SC-FDMA的多址计划，这确保了运用不同频谱资源用户间的正交性。OFDMA中一个传输符号包括并行传输的M个正交的子载波，而在SC-FDMA机制中M个正交子载波以串行办法进行传输，降低了信号较大的起伏动摇，降低了峰功比。 此外，为了确保上行多用户之间的正交性，要求各用户的上行信号在CP长度的差错规模之内一起抵达eNodeB，因而eNodeB需求依据用户远近方位来调整各用户的发射时刻。

LTE体系对OFDM子载波的调度办法也愈加灵敏，具有集中式和分布式两种，并灵敏地在这两种办法间彼此转化。上行除了选用这种调度机制之外，还能够选用竞赛(Contention)机制。

2.2 MIMO

MIMO技能是进步体系速率的首要手法，LTE体系别离支撑习惯于宏小区、微小区、热门等各种环境的MIMO技能。 根本的MIMO模型是下行2×2，上行1×2天线阵列，LTE开展后期会支撑4×4的天线装备。现在，下行MIMO方式包括波束成行，发射分集和空间复用，这3种方式适用于不同的信噪比条件并能够彼此转化。波束成型和发射分集适用于信噪比条件不高的场景中，用于小区边际用户有利于进步小区的掩盖规模；空间复用方式适用于信噪比较高的场景中，用于进步用户的峰值速率。在空间复用方式中一起发射的码流数量最大可达4；空间复用方式还包括SU-MIMO(单用户)和MU-MIMO(多用户)，两种方式之间的切换由eNodeB决议。上行MIMO方式中依据是否需求eNodeB的反应信息，别离设置开环或闭环的传输方式。

2.3 E-MBMS

3GPP提出的播送组播事务不只完成了网络资源的同享，还进步了空中接口资源的利用率。LTE体系的增强型播送组播事务E-MBMS(Enhanced Multimedia Broadcast/Multicast Service)不只完成了纯文本低速率的音讯类组播和播送，更重要的是完成了高速多媒体事务的组播和播送。为此，对UTRA做出了相应的改动：添加了播送组播事务中心网元(BM-SC)，首要担任树立、操控中心网中的MBMS的传输承载，MBMS传输的调度和传送，向终端设备供给事务告诉；界说了相关逻辑信道用于支撑E-MBMS。

从事务方式上，MBMS界说了两种方式，即播送方式和组播方式。这两种方式在事务需求上不同，导致其事务树立的流程也不同。

从操作办法上，单频网(SFN，Same Frequency Network)和非单频网操作共存于同一小区，其间单频网操作将支撑多小区传送；非单频网操作只支撑单小区传送。

在网络规划上，3GPP界说了两种网络布置：一种是LTE E-MBMS与LTE 单播体系共用载波；另一种布置办法是LTE E-MBMS 选用专用下行载波。专用载波办法将以5MHz带宽为根本项，也将支撑其他带宽的专用载波的才能，但不能支撑多种带宽共存的方式。在播送方式下，5MHz的带宽至少支撑16个频道，每频道达300kbit/s的速率，小区边际的频谱功率为1bit/s/Hz。

2.4 网络结构及协议

LTE体系的网络结构与UTRAN比较，去掉了RNC，而只由若干个eNodeB组成，简化网络并削减时延。多个eNodeB经过X2接口彼此连接，eNodeB经过S1接口连接到演进型分组中心EPC(Evolved Pocket Core)。详细来讲， S1-MME接口连接到移动性办理实体MME(Mobile Management Entity)，S1-U接口连接到SAE网关，其间S1接口支撑eNodeB和MME/SAE网关之间多对多链接（见图1）。eNodeB的功用在原有NodeB功用的基础上，添加了RNC物理层，MAC层，RRC，调度，接入操控，承载操控，移动性办理和inter-cell RRM等功用。



图1 LTE体系的网络结构

LTE体系的协议栈结构与URTAN相同分为用户面(PDCP/RLC/MAC/ PHY)和操控面(RRC)协议。层2包括媒体接入操控协议(MAC)、无线链路操控协议(RLC)，以及分组数据会聚协议(PDCP)；层3包括无线资源操控协议 (RRC)。空中接口的层1和层2协议在用户设备和eNodeB中停止；操控平面中的层3协议也在用户设备和eNodeB中停止；操控平面的非接入层(NAS)协议在用户设备和中心网的移动办理实体(MME)中停止（见图2）。



图2 LTE体系协议栈结构

LTE体系中的无线资源操控(RRC)状况比较于UTRA体系也简化了许多，只包括RRC_IDLE，RRC_ACTIVE和RRC_DETACHED 3种。在aGW网元中，UE的上下文有必要区别这3种状况，而在E-Node B中兼并了原先的多种状况只保存RRC_ACTIVE状况的UE上下文。

2.5 其他

为了进步小区容量及边际的传输速率，LTE体系提出了小区间搅扰和谐机制，并规划了静态搅扰和谐以及动态搅扰和谐技能。在功率操控机制上，设定小区边际用户的方针SINR(信噪比)低于小区中心的方针SINR，进一步削减对相邻小区边际用户搅扰，然后取得更大的体系容量。

为了完成低时延的方针，LTE体系大的小区查找进程和随机接入进程做了相应的简化，并供给了愈加灵敏的方式。

为了完成与现有3GPP和非3GPP的兼容，LTE体系选用快速小区挑选(即快速硬切换)办法完成不同频段之间各体系间的切换，完成更好的地域掩盖和无缝切换；此外，中心网的规划也产生了相应的改动，添加了SAE和3GPP模块，完成了LTE体系与3GPP和非3GPP体系的兼容。

LTE体系提出了上下行多种不同的参阅信号RS (Reference signal)，不同的参阅信号在子帧中有不同的方位和装备，完成不同的导频功用，以及不同方式下的信道质量丈量。

综上所述，LTE体系比较于UTRA体系引进了多项中心新技能，产生了根本性的革新，因而对LTE体系中eNodeB设备的测验也将面临着许多新的应战。在测验用例方面，将添加许多新的用例用于掩盖并验证LTE体系中新的技能及装备；相应地，测验办法也将产生新的改变。

3 LTE体系中eNodeB测验关注点

LTE体系共同的特色及技能优势完成了LTE体系的高速率、低时延和最优分组的需求。但是为了确保LTE体系中eNodeB设备真实具有这些新功用及技能指标，并完成测验有用性的进步，咱们对eNodeB要害技能点的测验势在必行。咱们对eNodeB测验的关注点首要在于：

（1）LTE体系中子载波之间的正交性是高速率功能得以完成的条件，也是接纳端正确接纳的根本确保。因而，LTE体系中有必要要确保OFDM子载波之间的正交性以及上行各用户所占用子载波之间的正交性，这也将是eNodeB的测验要点之一。