LTE基站误码率测试方法和测试平台设计

唐彦波

（上海贝尔股份有限公司 上海 200126）

LTE基站的射频测试是研发和生产中一个关键的环节。射频测试严格按照3GPP 36.104[1]，36.141[2]标准分为发射机测试、接收机测试、性能测试。其中接收机和性能测试指标主要有参考灵敏度、动态范围、阻塞、互调、AWGN和多径信道下的接收性能，以上指标均是以测试误码率（BER）为手段。

基站包括射频单元（RRU）和基带单元（BBU），基站设计有两种不同的架构，一种是射频和基带集成在一起构成一个大的模块，一种是射频和基带分离的方式。其中利用光纤接口（CPRI）把射频拉远来分离射频和基带成为目前基站设计的主流方法。在RRU的研发过程中，在一些关键的时间节点上需要测试相关的射频指标，本文的目的在于提供一种简洁、方便的测试方案，在BBU研发的过程中，模拟BBU功能进行软件解码，同时计算BER；在生产阶段也可采用此平台快捷、方便的验证产品性能。

1 现有方案及优缺点分析

目前的射频BER测试方法主要有以下几种：

1）利用基站基带硬件单元计算BER

此方法采用矢量信号分析仪调制标准的LTE上行信号，以射频信号的形式发送到基站，利用RRU的射频解调模块还原为基带信号，把解调后的基带信号送到基带处理单元解码后计算误码率。此方法的优点是计算速度较快。

利用基站基带硬件单元计算BER的方法，需要基站的射频单元和基带单元同步工作，在研发RRU的过程中，需要BBU的支持。对于新项目来说，一般RRU和BBU同时研发，因此，在项目进行中的绝大多数时间上是不能利用该方法来检测RRU的接收机射频性能的。

2）利用射频误码率分析仪的环回功能测试BER

此方法中基站测试仪即充当信号发生器也起信号分析仪的作用，测试仪发送LTE上行射频信号到基站，基站利用Uu接口特性把基带数据还回误码率分析仪，从而进行BER分析。此法中射频信号分析仪充当计算误码率的工具。此方法的优点是测试方法比较简单[3]。

利用射频误码率分析仪的环回功能测试BER的方法，要求核心网的RNC存在的情况下进行测试。因此，此方法需要模拟RNC，且射频误码率仪表价格较贵，现阶段利用率不高。

2 系统设计思路

1）利用Matlab或ADS产生LTE上行测试向量

在测试上行指标的过程中，矢量信号分析仪是必不可少的工具，一般Agilent和Rohde&Schwarz公司的具有LTE选件的仪表，价格都较贵，从成本的角度上考虑，本方案中采用ADS生成LTE上行测试向量[4-7]，灌入信号源中，利用信号源把基带数据转化为射频信号发送到RRU中。

2）把RRU板修改成能进行基带数据采集的CPRI数据接收板

由于基站中射频单元和基带单元的接口是CPRI接口，因此，需要一个工具把CPRI数据收集下来，并发送到计算机，以便进行后端数据处理。此平台从成本和时间周期上考虑采用RRU废板进行数据采集板的开发。

3）采用ADS来完成解码算法，使得跨系统移植变得方便

CPRI格式的数据发送到本地计算机后，需要根据CPRI的帧结构转换到IQ数据，此部分采用了一小段C语言程序，由于开发一套完整的解码程序需要比较长的时间，此处，我们采用Agilent公司的ADS来进行基带数据解码，利用解码后的数据来计算BER.由于ADS同时也具有CDMA2000、WCDMA等模块，可以很方便的把相关的解码算法移植到相应的环境中。

3 系统硬件、软件设计

本方法首先采用ADS产生一个标准测上行LTE测试向量，通过Agilent的Toolkit工具下载到矢量信号源中，此信号源可以是E4438C或MXG N5182A。由于LTE上行数据帧周期为10 ms，兼顾后端数据同步和信道延迟的考虑，此处产生的LTE信号长度为40 ms，信号源以40 ms为周期循环发送测试向量，如图1所示，矢量信号源发送的数据向量通过RF电缆传送到RRU的射频输入端，经过RRU内部的双工器、低噪声放大器、混频器、滤波器、放大器、模数转换器后到达CPRI端口，通过RRU的CPRI发射器传送CPRI数据到BBU端。

图1 LTE基站上行BER测试平台Fig.1 Test platform of uplink BER for LTE base station

此平台中采用一块特制的数据采集卡，目的是把数据从CPRI端口接收到后传送到PC。由于数据采集卡功能较为简单，单独做一块板卡也可。为了节省成本，可以采用RRU的废板进行部分开发后得到数据采集卡，该数据卡保留RRU的微处理器单元、电源模块、CPRI速率匹配用的FPGA模块以及DDR存储器。数据采集卡内部模块如图2所示，DDR控制器和CPRI收发模块由FPGA完成。DDR控制器共有4个端口：

1）端口1直接连接CPRI收发模块，端口1能从CPRI模块接收数据包存储的DDR中，也可以从DDR中获得数据发送到CPRI模块；

2）端口2连接到CPRI模块中发送口，DDR中的IQ数据通过端口2发送到CPRI模块；

3）端口3连接到CPRI模块中接收端口，CPRI模块中的IQ数据通过端口2接收到DDR内；

4）端口4连接微处理器，处理器通过以太网卡把DDR内的IQ数据发送到PC。同样微处理器也可以把PC中的IQ数据通过以太网下载到数据采集卡中的DDR内。

图2 数据采集卡内部框图Fig.2 Structure diagram of the data acquisition card

IQ数据的捕获流程如图3所示，PC首先发送控制命令初始化RRU和数据采集卡，通过以太网建立Socket连接，RRU初始化完毕且设备如图3所示建立连接后，PC发送IQ数据请求命令道FPGA的P2端口，CPRI获得相应命令后请求RRU接收解调后的IQ数据，微处理器设置好读模式和相关的接收寄存器，把接收到的数据存储在DDR中，同时发送接收数据成功反馈信息到PC，该反馈信息同时包括IQ数据的容量以及存储地址，PC响应此消息后启动FTP服务，把接收到的IQ数据从数据采集卡中下载到后台PC机中，完成数据采集的功能。

PC接收到的IQ数据是9e2格式的数据，需要根据下式来进行格式转换：

图3 数据采集流程图Fig.3 Data acquisition processing

4 测试结果分析

信号通过接收链路后后产生路径延迟和信号幅度变化，因此需要对变换后的IQ数据进行同步和信道估计。相比多径和AWGN信道下的同步和信道估计，由于平台中各个模块直接是采用电缆的方式传输数据，噪声较小。在满足灵敏度要求的前提条件下，算法中采用接收数据和已知发送数据做相关来进行同步，图4是接收信号强度为-125.8 dBm的情况下得到的帧同步头位置，从图中可以看到帧头的位置相当明显。同时把接收信号的幅度值做归一化处理来模拟信道估计。

同步和信道估计后的数据需要完成解码过程。在LTE上行测试向量的产生中本平台采用了ADS软件，因此，把处理后的数据导入ADS，通过ADS强大的计算能力和完善的模块功能完成BER计算。

5 结 论

图4 采用自相关同步后找到数据帧头Fig.4 Acquisition frame header by auto-correlation synchronization algorithm

该测试系统与现有技术相比，本方案克服了现有方案一需要BBU硬件解码才能完成BER计算的缺陷；解决了方案二需要昂贵误码分析仪的问题。经过实际系统测试本平台的测试精度达到0.2 dB，完全满足研发和生产中测试上行相关射频指标的功能需求。同时本设计还具有开发周期短、投资成本低，操作简便、计算精度较高，而且还有很强的跨系统移植能力。

[1]3GPP TS 36.104 V10.4.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Base Station （BS） radio transmission and reception，2011.

[2]3GPP TS 36.141 V10.4.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Base Station （BS） conformance testing，2011.

[3]越云，王永强，刘晓飞.基于IEC61850标准的互感器数据传输研究[J].陕西电力，2012（2）：43-46.YUEYun，WANGYong-qiang，LIUXiao-fei.Research on transformers data transmission based on IEC61850[J].Shaanxi Electric Power,2012（2）：43-46.

[4]3GPPTS 36.201 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）-General Description，2011.

[5]3GPP TS 36.211 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）-Physical Channels and Modulation，2011.

[6]3GPP TS 36.212 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Multiplexing and channel coding，2011.

[7]3GPPTS 36.213 V10.3.0，3GPP Technical Specification[S].Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）-Physical layer procedures，2011.