《载波聚合下行吞吐率测试的设计与实现》-工学论文，软件工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

载波聚合下行吞吐率测试的设计与实现

范文

王顺

摘要：本文围绕解决测试终端载波聚合下行吞吐率问题，提出了两种使用终端测试仪测试下行载波聚合吞吐率的方案，分别为LTE终端测试仪级联的测试方案和LTE-A终端测试仪测试方案；通过分析每个方案的特点，确定了采用基于多核DSP实现的TD-LTE-A终端测试仪测试下行载波聚合吞吐率的方案，并详细说明了上述方案的具体设计内容，描述了TD-LTE-A系统MAC层在该测试方案中生成下行数据的方法和调度方式。最后，通过测试仪表与终端联调证明了该测试方案的有效性和可行性。

关键词：通信与信息系统；载波聚合；吞吐率测试

中图分类号：TN929.5；TP368.1 文献标识码：A DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.10.019

引言

近几年来，LTE-Advanced已经成为通信业界最为主要的话题，鉴于国内外众多学者对LTE系统进行的广泛研究和LTE终端测试仪的实现，LTE-Advanced终端测试仪的研发和实现亟需跟进。LTE-Advanced测试仪表和测试系统位于产业链的上游，LTE-Advanced终端测试仪表被用在LTE-Advanced终端的研发、生产、入网认证、维修等多个环节，测试仪表的成熟度和高效性对LTE-Advanced产业链的发展和产品研发起着重要的推动作用。

国外众多的测试测量仪表供应商具有强大的研发和生产实力，罗德与施瓦茨公司生产的R&SCMW500已经具有基于3GPP Release 10的LTE-Advanced Category 9用户平面吞吐量测试能力；从目前国内的情况来看，TD-LTE-A终端测试仪表仍是产业链中相对薄弱的环节，尽管TD-LTE-A系统与FDD LTE-A系统成熟度相近，但终端测试仪表方面TDD与FDD相比还是有一定的差距，至今还没有一款成熟的、可商用的TD-LTE-A终端测试仪表。

1 载波聚合下行吞吐率测试的需求分析

载波聚合技术的基本原理是将多个连续或者离散的频带宽度较小的子载波聚合在一起，从而形成一个更宽的频带宽度，以提高带宽的方式来提升系统的数据传输速率。这种技术既能满足LTE-Advanced系统对大带宽的要求，又能有效地利用碎片化的频谱资源，节约了大量的连续性频谱资源。

为了在LTE-Advanced商用初期有效地利用系统和终端，LTE-Advanced通过聚合多个后向兼容的LTE载波来实现大带宽的要求，载波聚合最多支持五个子载波同时聚合，最高可达100MHz的传输带宽。从吞吐率的角度看，在下行两个子载波聚合时，可实现下行最大吞吐量为原TD-LTE小区最大下行吞吐量的两倍；据此，下行Ⅳ个小区载波聚合的最大吞吐率计算公式为：

其中，SCn为载波聚合服务小区的个数，ti为每个子帧中下行数据所占时间，勿为每个下行MAC传输块的大小。若载波聚合参数配置为：TDD子帧配置为2，最大带宽为100RB，即20MHz带宽，常规循环前缀中特殊子帧配置为1，按上述公式计算，下行双小区、双天线（2×2MIMO）复用时，载波聚合的最大吞吐率约为220Mbps[5-7]。

2 载波聚合下行吞吐率测试方案的设计与分析

2.1 LTE终端测试仪级联的测试方案

如图1所示，根据载波聚合技术的基本原理，在LTE-A商业化初期，为节省终端生产厂商的成本，可以采用将若干可级联的LTE终端测试仪级联，解决载波聚合下行吞吐率测试的问题，其测试详细流程如图2所示。但该方案的不足之处是，每个LTE终端测试仪表的MAC层位于不同DSP芯片中，无法实现服务小区间MAC层数据高效的通信。

结合图l、图2可见，LTE终端测试仪表级联方案是将N个LTE终端测试仪表通过IP网络链接，由Pcell（主小区）提供统一的时钟同步信号，保证多个测试仪发射的射频信号同步。能力等级6的终端通过有线方式与多个LTE终端测试仪连接，每个测试仪模拟eNodeB（LTE基站）发送小区广播信号，终端在Pcell（主小区）进行随机接入和附着，当终端进入到驻留状态后，由测试控制上位机的控制软件发送Scell配置信令，当所用Scell建立成功后，测试仪在Pcell给终端发送激活Scell的MAC PDU。在每个Scell激活后，控制软件给参与载波聚合的测试仪的MAC层发送指令，使其发送下行Padding数据包，测试人员可通过终端log软件查看下行吞吐率，最终验证该解决方案的有效性和可行性。

2.2 LTE-A终端测试仪的测试方案

如图3所示，采用基于8核DSP研发的LTE-A终端测试仪，解决载波聚合下行吞吐率测试的问题。在LTE-A终端测试仪中，可以将两个服务小区的MAC层放在同一DSP的不同核内，这更有利于服务小区间的数据交互。

将LTE-A终端测试仪表与测试控制上位机相连，通过控制软件中已写好的测试例，控制测试步骤执行。采用有线的方式将终端与测试仪表相连，服务小区分别配置为TM3分集传输模式和TM3复用传输模式进行载波聚合下行吞吐率测试，具体测试流程如图2所示，与LTE终端测试仪表级联方案的测试流程一致。

2.3 测试方案分析和确定

从上述两种方案可以看出，LTE终端测试仪级联的方案研发成本低，对于已购买了该测试仪的厂商而言，升级的成本较低，但对于初期生产厂商，需要大量购买，反而提高了生成成本。LTE-A终端测试仪的解决方案可以将仪表使用量和采购量大大降低，减少了使用厂商的生产成本，但其对DSP芯片的要求比较高，导致研发成本较高。综合整个产业链和行业的发展状况，本文建议使用LTE-A终端测试仪的方案解决载波聚合下行吞吐率的测试。

3 载波聚合下行吞吐率测试的MAC层设计与实现

3.1 载波聚合下行协议架构的设计

MAC层位于物理层和RLC之间，是逻辑信道复用和解复用的调度中心。载波聚合对MAC层以上不可见，每个服务小区的数据都从RLC层获取，可将系统的MAC实体划分为若干MAC子实体，服务小区独立地在各自的MAC子实体进行调度、MAC PDU组包、HARQ功能以及与对应物理层的数据交互。

服务小区MAC子实体同属一个DSP的不同核，可以高效的进行数据传输，这种设计考虑了跨载波调度的场景。在跨载波调度时，Pcell会下发属于Scell的DCI信息，对于部分在MAC层获取的DCI信息，可通过核间通信及时地从Scell传送给Pcell，保证MAC层给物理层发送的DCI消息是最新的。

3.2 吞吐率测试时MAC层组包方法和调度方式

下行吞吐率主要测试DL-SCH（下行共享）信道的速率，DL-SCH的数据来源可以是来自高层的业务数据包，如IP包；也可以采用MAC层自己生成的数据包，如Padding包。本文为降低测试数据的复杂度，直接使用MAC自己生成的Padding包作为载波聚合下行吞吐率测试的数据源。

MAC层生成数据包时，会查询当前带宽、MCS等级以及是否为TDD特殊子帧，通过查询协议获得每一个TB（传输块）数值大小，最后根据TB块长度生成Padding包并发往物理层。生成的MACPDU数据包内容如上图5所示，该数据单元的头部只有一个字节的数据OxlF，从后五位全1标识可以看出，该数据包为Padding包；负载内容为二进制0、1组成的随机数，负载大小是TBsize减1。

在MAC数据调度方面，当Scell全部激活后，MAC层会收到高层控制软件发送的灌包指令，之后每1毫秒的调度，除了发送必要的广播消息外，MAC只调度发送DLSCH中的MAC PDU数据，每个MACPDU占用一个传输块的大小，在发送每一个DLSCH数据包之前，MAC层会将该传输块对应的DCI信息告知物理层，由物理层生成对应的PDCCH数据和PDSCH数据。

3.3 测试方案的验证

在LTE-A终端测试仪测试方案中，下行吞吐率可分别在TM3传输分集和TM3传输复用模式下，结合多天线技术进行载波聚合下行吞吐率的测试，根据第1节公式计算可知，在双天线分集模式下，吞吐率可达llOMbps；双天线分集模式下，吞吐率可达220Mbps，并且该调度方式能够满足所有服务小区数据均衡的要求，在相同信道环境下，每个服务小区的下行吞叶率和误码率应保持一致。

下图7是使用TM500终端与LTE-A终端测试仪表联合测试的结果，测试结果显示Scell可以正常建立和激活；在做下行数据吞吐率测试时，Scell可以达到与Pcell一样的下行吞吐率，证明了LTE-A终端测试仪表测试方案在解决载波聚合下行吞吐率测试问题的有效性和可靠性。

4 结束语

在未来载波聚合的小区有可能达到32个或者更多，虽然目前本文提出的LTE-A终端测试仪只支持两个子载波聚合的情况，但是LTE-A终端测试仪也会有级联的功能，未来通过三台LTE-A终端测试仪的级联，可以支持3GPP协议中提出的5个服务小区载波聚合的测试。另外，文中描述的解决方案不仅能够解决终端测试仪下行吞吐率测试的问题，还为载波聚合的其他测试项目提供了借鉴平台，促进了载波聚合技术在实际系统中的应用。

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。