論TD-LTE系統組網測試中下行流量的測試

無線網絡側用戶數據處理的流程

圖1-1 3GPP LTE網絡的用戶面協議棧

　　圖1-1是3GPP LTE網絡的用戶面協議棧 [1]。左邊藍色框內是無線網絡側的用戶面協議棧。下行數據從核心網傳輸到基站側后，經過PDCP層、RLC層和MAC層的封裝映射到物理層上，再通過空口傳輸到UE側。UE側經過相應層的解封裝后，得到下行的數據包。

　　PDCP層從上層接收數據，對數據進行壓縮和加密，然后再轉發到RLC層。RLC層根據底層傳輸塊大小對上層PDU進行分段，然后通過確認模式、非確認模式或者透明模式傳輸到MAC層，并通過ARQ機制進行錯誤修正。MAC層實現了UE間的動態調度，能通過HARQ進行錯誤糾正以及實現傳輸塊格式的選擇等功能。物理層為MAC層和高層提供信息傳輸的服務。在TD-LTE系統中，MAC層和物理層的配置和功能直接影響了用戶的下行流量。?????

　　下行用戶數據在MAC層是承載在傳輸信道DL-SCH上的。當基站發射數據的天線多于一根時，MAC層會將接收到的上層數據分成兩個比特流。圖1-2是傳輸信道DL-SCH在MAC層的一個比特流的處理流程 [2]。每一個比特流需要被附加24比特的CRC校驗位，然后再進行比特加擾。如果比特流的大小大于傳輸信道的最大長度，比特流就會被分割成多個碼塊，每一碼塊都要加24比特的CRC校驗位。經過碼塊分割后，每一個碼塊都要進行信道編碼。DL-SCH傳輸信道使用的是Turbo 1/3 編碼方式。編碼后的數據進入HARQ軟比特緩沖器后，進行HARQ的功能處理。從HARQ軟比特緩沖器輸出的比特流進行二次交織后，與控制信息復用，然后再映射到物理信道上。

圖1-2傳輸信道DL-SCH在MAC層的處理流程

　　圖1-3是物理信道PDSCH上兩個碼字的處理流程 [3]。首先，將傳輸信道DL-SCH上的碼字進行加擾，然后再進行調制。PDSCH的調制方式可以是QPSK、16QAM或64QAM。經過調制后的碼字是復值的調制符號，這些符號又會映射在一個或者多個的空間層上。在LTE系統中，空間復用可以有1、2、3或4層。每一層的復值信號經過預編碼后映射在為這個PDSCH分配的資源單元上，然后再經過OFDM調制，被發送到天線端口上。

　　下行流量的潛在影響因素

　　用戶面數據的處理流程描述了物理層和MAC層對用戶數據的處理過程。物理層的配置決定了系統最終能夠為用戶提供的物理承載能力，而這些物理承載中映射的用戶信息比特數是由MAC層所采用的編碼率、調制方式以及是否有數據重傳等因素決定的。所以，下面分別從物理層和MAC層分析影響下行流量的因素。

　　D-LTE系統物理層的用戶傳輸能力

　　圖2-1是TD-LTE的幀結構 [3]。一個無線幀的長度是10ms，由兩個結構一樣的半幀組成，每個半幀中有五個子幀。子幀1是特殊時隙，用來傳輸DwPTS、GP和UpPTS。子幀0和子幀 2分別固定用作下行和上行。子幀 3和子幀4可以用作上行或者下行。

圖2-1 TD-LTE幀結構

　　下行物理信道有物理下行共享信道（PDSCH），物理廣播信道（PBCH），物理控制格式指示信道（PCFICH），物理下行控制信道（PDCCH），物理HARQ指示信道（PHICH）。每一個下行物理信道都是一系列的資源粒子RE的集合。除此之外，物理層上還有一些資源單元不對應物理信道，只是傳輸下行物理信號，其中包括參考信號和同步信號。在這些所有的物理資源上，只有PDSCH是用來傳輸用戶數據的。表2-1舉例說明了物理信道PDSCH在特定系統配置下能夠提供的最大資源單元 (RE)。

表2-1 物理信道PDSCH基于特定系統配置下可用的資源單元

　　物理信道PDSCH可用的資源單元的數量直接影響了用戶的下行流量。所以，物理層對下行流量的影響是在于不同的系統配置。這些配置因素包括帶寬、多天線技術、上下行時隙比、下行控制信道的OFDM符號數(CFI)和特殊時隙的配置。表2-2是這些影響因素的常用配置。

表2-2 物理層對下行流量的影響因素及常用配置

　MAC層影響下行流量的因素分析

　　MAC層的數據傳輸是通過HARQ的多個進程來實現。每個HARQ進程就是一個輸入數據比特的緩沖器。輸入的數據流經過速率匹配后，與PDSCH上能夠傳輸的比特數匹配。系統會根據UE反饋的ACK/NACK后，決定發送新的數據還是重傳舊的數據。對于每次重傳，使用不同的信道冗余版本，這些冗余版本是預先定義好的。所以，HARQ進程數，最大重傳次數和冗余版本的設置直接影響了下行數據的傳輸速率。

　　MAC層還有對用戶面數據處理的控制功能，即鏈路自適應功能。MAC層根據UE反饋的信道質量指示，RI的指示和ACK/NACK的上報，決定為該用戶分配的傳輸塊大小、編碼率和調制方式。信道編碼率是下行信息比特數與PDSCH物理信道比特數的比值 [4]。

　　Coderate = Nsys / NRM

　　Coderate是信道編碼率。Nsys 是在一個TTI內用戶信息的比特數。NRM是經過速率匹配后映射到物理信道PDSCH上的比特數。NRM 用 RM (Nphy) 表示。Nphy 是物理信道PDSCH能夠傳輸的比特數。

　　Nphy = NRE * RI * Nmod

　　NRE是物理信道PDSCH所占的資源單元數。RI是數據傳輸在空間的級數，可以取1或者2。當天線采用發射分集的方式時，RI等于1。當天線采用空分復用的方式時，RI等于2。Nmod是一個調制符號所代表的比特數。Nmod可以取2，4或者6，分別對應的是 QPSK，16QAM或者是64QAM的調制方式。

　　所以，Nsys = coderate * RM (NRE * RI * Nmod)。其中NRE與系統的基本配置相關。RI、Nmod和coderate的取值和鏈路自適應的功能相關。

　　基于以上分析，MAC層對單用戶下行流量的影響體現在特定系統配置和不同的信道環境下，鏈路自適應功能和HARQ功能的實現，如圖2-2所示。

圖2-2 MAC層對下行流量的影響因素和常用配置

　　下行流量在組網測試中的測試案例選擇

　　在測試學的理論中，覆蓋測試常用的測試模型有：block coverage、branch coverage、C-use coverage、P-use coverage、DUD-chains和DU-pairs。圖3-1表示的是不同的覆蓋測試模型下 [5]，覆蓋率和檢測出的缺陷數之間的關系。從圖中可以看出，即便是在效率最高的blocks coverage模型下，覆蓋率在達到85%左右后，檢測出的缺陷數基本保持不變。所以，測試不是追求100%覆蓋，而是要在一定的時間和成本下，尋找到一套有效的測試方法來保證產品的質量。這種測試理論同樣適用于運營商的組網測試。

圖3-1 覆蓋率和檢測出錯誤數的關系

　　組網測試主要是針對TD-LTE系統在實際應用的網絡中最常規和最大量應用的場景進行測試。理想信道下的測試衡量的是系統最大的傳輸能力。非理想信道下的測試反映了近似于真實環境下的系統傳輸能力。下面分別在這兩種測試環境下，結合上述對下行流量影響因素的分析，選擇了一組核心的測試案例，如表3-1和表3-2所示。其中包括測試目的、系統配置、測試方法以及預期的測試結果。這些測試案例中選取的系統配置可以根據實際網絡的需求情況，作出相應的調整，以便測試能夠更好地為組網應用提供保障。???

表3-1下行流量在理想信道環境下的核心測試案例

表3-2下行流量在非理想信道環境下的核心測試案例

　　總結

　　從測試理論來看，測試不是追求100%覆蓋，而是要根據特定的測試目的，尋找到一套有效的測試方法來保證產品的質量。 TD-LTE系統組網測試應該主要是針對實際應用的網絡中最常規和最大量應用的場景進行測試。本文從理論上分析了物理層和MAC層對下行流量的主要影響因素和常用配置，提出了運營商組網測試中理想信道環境下和非理想信道環境下針對下行流量的核心測試案例，其中的系統配置可以根據運營商具體的網絡應用需求作出調整。這些測試案例可以作為運營商TD-LTE網絡入網測試時針對下行流量測試的主要測試案例。