R&S公司LBS测试解决方案

修志华 罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司

罗德与施瓦茨技术专栏

R&S公司LBS测试解决方案

修志华 罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司

编者按：随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，基于位置的服务成为最具发展潜力的移动互联网业务之一。无论在室内还是室外环境下，快速准确地获得终端的位置信息和提供集团服务的需求变得目益迫切。通信和定位两大系统正在相互融合、相互促进。为了提高在终端设备上这些可用性并对其性能加以验证，罗德与施瓦茨公司基于无线终端综合测试仪CMW 500打造了一系列完整的LBS测试解决方案，这些方案已经被告全球领先的移动网络运营商、芯片制造商、终端设备制造商等广泛应用。罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司修志华所撰《R&S公司LBS测试解决方案》一文对R&S公司LBS测试解决方案进行了详细介绍，可供相关人员参考、借鉴。

1 引言

LBS（Location-Based Services），基于位置的服务，指的是通过定位技术获得终端或用户的地理位置信息（如经纬度坐标数据），提供给用户本人或他人以及通信系统，进而根据确定的地理位置为用户提供相关的各类信息服务或者应用，是一种概念较为宽泛的与空间位置有关的新型服务业务。近年来，随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，基于位置的服务成为最具发展潜力的移动互联网业务之一。无论在室内还是室外环境下，快速准确地获得终端的位置信息和提供位置服务的需求变得日益迫切。通信和定位两大系统正在相互融合、相互促进。

为了提高在终端设备上这些位置服务的可用性并对其性能加以验证，罗德与施瓦茨公司基于无线终端综合测试仪CMW 500打造了一系列完整的LBS测试解决方案，这些方案已经被全球领先的移动网络运营商、芯片制造商、终端设备制造商等广泛应用。

2 移动终端定位方法

2.1 卫星定位（GlobalNavigation Satellite System，GNSS）

应用比较广泛的主要有GPS、GLONASS、北斗及Galileo等几种系统。这些卫星导航系统分别由美国、俄罗斯、中国和欧洲组建，每个系统中均包含数十颗卫星。移动终端要使用这些卫星导航系统进行位置定位，至少需要同时看到4颗卫星，然后根据已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，综合多颗卫星的数据就可知道接收机即终端的具体位置。

基于卫星定位方法定位的优势是精确，只要能接收到4四颗卫星的定位信号，就可以进行误差在5～10m以内的定位。而GNSS定位由于接收机任何时刻都至少被4颗卫星覆盖，所以信号得到了很好的保证，并且由于卫星居高临下，排除卫星钟及大气干扰等因素，精度也能保证在几米至几十米。缺点是GNSS受天气和位置的影响较大，当遇到天气不佳的时候或处于高架桥/树荫的下面，或在高楼的旁边角落、地下车库或露天的下层车库（或简单地说当见不到天空的时候），GNSS的定位就会受到相当大的影响，甚至无法进行定位服务。另外，传统GNSS首次定位（冷启动）一般需要几分钟的时间，并且普遍受到所处定位环境的影响。

2.2 辅助-卫星定位（Assisted-Global Navigation Satellite System s，A-GNSS）

A-GNSS技术是一种结合了通信基站信息和GNSS信息对移动终端进行定位的技术。相对于传统的GNSS定位技术，A-GNSS技术在终端的GNSS模块搜索到卫星信号之前，通过通信基站获知一系列卫星的信息，GNSS模块根据这些信息就很容易直接找到卫星了。因此，可以大大提高终端首次定位的效率。一般来说，只需要几秒钟就可以完成首次定位，这也是相比传统GNSS的最大优势。

2.3 无线通信基站定位

终端使用GNSS或A-GNSS技术进行位置定位，都需要接收到至少4颗卫星信号。如上所述，GNSS信号受天气和位置的影响较大，如果终端不能正常接收GNSS卫星信号，通过上述方法就无法进行位置定位。因此，基于无线通信基站的定位方法应运而生。

目前，基于无线通信基站定位主要有OTDOA（Observed TimeDifferenceofArrival，到达时间差定位法）和eCID（EnhancedCell ID）方式。

OTDOA是根据至少3个基站与移动终端信号传播的时间差值进行定位的技术。OTDOA通过测量两个或更多的基站参考信号（RS）的到达时间差（RSTD），在已知各基站位置的情况下计算出终端所在位置。

OTDOA定位技术如图1所示，两个基站的参考信号到达时间差可以描述成一个双曲线，双曲线的焦点为两个基站所处的位置。这种方法至少需要3个基站，3条双曲线的交点就是终端所处的位置。

图1 OTDOA定位技术

OTDOA定位技术的精度受到环境的影响，在郊区和农村可以将移动台定位在10～20m之间的范围内；在城区由于高大建筑较多，电波传播环境不好，信号很难直接从基站到达终端，一般要经过折射或者反射，定位精度会受到影响，定位范围约为100～200m。

eCID定位技术主要有图2所示的3种方法：

图2 eCID技术

●与服务基站的距离进行定位。

●与至少3个基站的距离进行定位。

●与至少3个基站的角度进行定位。

由于OTDOA/eCID等基于基站的定位技术不依赖于GNSS信号，弥补了GNSS在室内或其他极端条件下无法定位的缺陷，OTDOA/eCID成为了GNSS之外越来越多运营商另一个强制要求的终端定位技术。

2.4 混合定位（Hybrid）

随着定位技术的发展以及用户对定位应用需求的增多，混合各种不同的卫星系统定位方式或者混合A-GNSS和无线通信定位方式等混合定位方式在将来也会获得广泛应用。

2.5 控制平面和用户平面

A-GNSS、OTDOA/eCID、混合定位等方式都需要在基站与终端之间交互定位辅助数据和定位信息。为此，3GPP定义了一些通用定位通信协议，如LPP（LTE Positioning Protocol）、RRC、RRLP等。使用这些通信协议在基站与终端之间交互定位信息，可以使用网络的控制平面（ControlPlane）或用户平面（UserPlane）。相对来说，控制平面的实现方式需要用到专用控制信道并且会显著地增加移动网络成本，因为多个网元需要在软件和硬件上升级才能支持这些定位相关的控制平面信令。因此，用户平面的实现方式更容易被用于商业应用；用户平面的应用是通过SUPL（SecureUser PlaneLocationProtocol）实现的。LPP/RRC/RRLP等消息作为SUPL消息的承载（Payload），是定位信息的实际载体。

SUPL的最初版本SUPL 1.0不支持LTE网络，SUPL 2.0作为SUPL的一个进阶版本，是伴随着LTE产生的。SUPL 2.0支持LPP定位协议，以及OTDOA、W i-Fi等新的定位技术。同时，SUPL 2.0还能够兼容现有的所有定位协议和技术，例如在LPP之外，它同样支持当前正在2G、3G网络中广泛使用的通用定位协议，如RRLP、RRC等，因此SUPL 2.0可以广泛地部署在网络中，无论是2G、3G或是4G网络。SUPL2.0的这种灵活性非常重要，尤其是在LTE部署的最初阶段，因为LTE的部署不可能一蹴而就，必然需要从现有网络平滑过渡，SUPL 2.0对各种协议的兼容性保证了从各制式网络到LTE网络的平滑无缝过渡。

3 R&S公司LBS测试解决方案

图3 TS-LBS系统

R&S公司作为在移动终端测试方面领先的测试设备商，可以对移动终端提供全面的测试方案，不仅覆盖终端从研发、一致性认证到生产的各个测试阶段，而且可以提供终端的一站式解决方案，包括射频、协议、USIM卡、性能、音视频和应用等各个方面。而在LBS测试方面，R&S也可以提供全面的解决方案.

3.1 TS-LBS测试A-GNSS定位

图3所示为TS-LBS系统，由一台无线终端综合测试仪CMW 500和通用信号源SMBV100A组成，CMW 500可以产生2G、3G、4G的通信信号来模拟通信基站，SMBV100A可以产生GPS、GLONASS、北斗、Galileo等卫星信号，整个系统由安装在电脑上的CONTEST软件进行控制。该系统涵盖的A-GNSS测试内容包括：

（1）射频最小性能

●2G：TS51.010-1的70.11.x、70.16.x节。

●3G：TS37.571-1的第5和6章。

●LTE：TS37.571-1的第7章。

定位信息的交互可以使用控制平面或用户平面，A-GNSS目前支持A-GPS、A-GLONASS和A-Beidou3种方式。

（2）协议测试

●2G：TS51.010-1。

●3G：TS34.123/TS37.571-2。

●LTE：TS37.571-2。

●OMASUPL1.0和SUPL2.0。

另外，该系统还可以支持运营商定制的LBSIOT测试用例，包括AT&T、VZW、T-Mobile以及NTTDoCoMo等运营商的测试需求。

3.2 TS-LBSAdvanced系统测试OTDOA/eCID定位

图4所示为TS-LBSAdvanced系统，由2台CMW 500组成。由于OTDOA/eCID通常至少需要3个无线通信小区，而一台CMW 500可以模拟2个独立的完整小区，所以系统需要使用两台CMW 500，另外需要使用射频合路器TS-CONN对射频信号进行合路。整个系统同样由安装在电脑上的CONTEST软件进行控制。该系统可以涵盖TS37.571-1的FDD LTE（8.1.1，9.1.1，9.1.3）和TDD LTE（8.1.2，9.1.2，9.1.4）一致性测试用例。该系统还可以用于运营商定制的OTDOA/eCID IOT测试用例。

图4 TS-LBSAdvanced系统

另外值得一提的是，该系统与TS-RRM Advanced的硬件完全相同。因此，客户可以根据需要，使用同一套硬件平台并配置不同的软件选件，以实现不同的测试需求。

3.3 混合定位测试

图3和图4的两套系统可以合二为一，即在图4所示的TS-LBS Advanced系统中增加一台SMBV100A，则可涵盖3.1和3.2所述的所有测试用例。另外，该系统还可以测试采用混合定位方式的测试用例。基于该系统，R&S使用软件选件LBSKCL002提供37.571-1 LTE FDD HYBRID eCID/ OTDOA&GNSS的测试用例，使用LBS-KCL012提供37.571-1 LTETDD HYBRID eCID/OTDOA&GNSS的测试用例。对于运营商定制的Hybrid方式IOT测试用例，则使用专有的测试用例包。

3.4 A-GNSS录制回放测试

图5所示为R&S提供的A-GNSS录制回放解决方案。录制系统由TSMW扫频仪和IQR记录仪组成，在录制过程中，将所在地的信息通过扫频的方式转化为IQ数据，保存在IQR中；回放过程中，则将保存在IQR中的信息导入到SMBV100A然后提供给终端，CMW 500则提供通信小区环境和所需的定位辅助信息，这样可以实现在实验室测试外场的场景，被称为F2L（Field To Lab）方式。目前，主要有ATT和TMO对终端的F2L测试提出需求，R&S分别使用软件选件LBS-KOL4Mx和LBS-KOL6Mx提供解决方案。

图5 A-GNSS录制回放

3.5 OTA（OverTheAir）天线性能测试

图6所示为OTA天线性能测试解决方案。整个系统使用AMS32软件进行控制。针对CTIA（美国无线通信和互联网协会）和VZW的OTA测试需求，R&S分别使用软件选件AMS32-K33/OTA-KT810和AMS32-K32/OTA-KT800提供解决方案。

4 结束语

A-GNSS、OTDOA/eCID、LPP/RRC/RRLP以及SUPL2.0是定位的关键技术，在不同的应用场景，终端可以选择不同的定位方式进行定位。随之而来的是，在终端和网络系统技术上的日益复杂作为代价，这意味着更多的研发成本，对终端和网络更为完善的一致性测试和性能测试，这需要网络运营商、终端设备商、测试设备商以及整个行业共同的努力。R&S公司在LBS测试方面，不依赖于任何第三方，可以提供全套的测试解决方案，是终端厂商和运营商的理想选择。

图6 OTA天线性能测试