LTE网络20M+20M载波聚合开发项目测试报告

LTE网络20M+20M载波聚合开发项目测试报告2014年2月目录TOC\o"1-5"\h\z\u1 概述 11.1. 测试目的 21.2. 测试依据 21.3. 测试总体情况说明 22. 测试环境 32.1. 测试设备连接与组网 32.2. 测试系统配置 52.3. 测试工具及仪表 52.4. 测试系统基本配置 63. 测试项目 63.1. 激活/去激活辅载波 63.1.1. 激活辅载波 6. 测试目的 6. 测试配置 6. 测试原理 6. 测试方法 7. 测试结果分析 7. 测试小结 73.1.2. 去激活辅载波 8. 测试目的 8. 测试配置 8. 测试原理 8. 测试方法 8. 测试结果分析 8. 测试小结 93.2. 载波聚合和非载波聚合终端近、中点下行速率测试 93.2.1. 测试目的 93.2.2. 测试配置 93.2.3. 测试原理 103.2.4. 测试方法 103.2.5. 测试结果分析 103.2.6. 测试小结 133.3. 载波聚合和非载波聚合终端覆盖性能对比测试 133.3.1. 测试目的 133.3.2. 测试配置 133.3.3. 测试原理 133.3.4. 测试方法 133.3.5. 测试结果分析 133.3.6. 测试小结 143.4. 双载波与双载波小区的切换 143.4.1. 测试目的 143.4.2. 测试配置 143.4.3. 测试原理和切换流程图 143.4.4. 测试方法 153.4.5. 测试结果分析 153.4.6. 测试小结 153.5. 双载波与单载波小区的互切换 153.5.1. 双载波到单载波小区切换 15. 测试目的 15. 测试配置 16. 切换原理和切换流程图 16. 测试方法 16. 测试结果分析 16. 测试小结 173.5.2. 单载波到双载波小区切换 17. 测试目的 17. 测试配置 17. 切换原理和切换流程图 17. 测试方法 17. 测试结果分析 17. 测试小结 184. 测试总结 18概述移动运营商正面临着多重挑战，一方面，移动宽带下的新应用导致用户对网络速率的要求在迅猛提升，必须有高速率的网络来满足用户的速率诉求；另一方面，移动宽带运营之争的核心是网络速率之争，在其他运营商高速移动网络建设的背景下，需要赢得速率之争，以保持市场占有率和移动宽带收入的持续增长。如何充分利用设备投资和频谱资源，最快捷有效地大幅提升用户速率，是亟需解决的问题。载波聚合是4G演进（LTE-A,3GPPRel10）的关键技术。通过将连续（同一频段）或不连续的（不同频段）更多频谱资源聚合在一起，实现更高的系统峰值速率和业务承载效率。如图1-1所示，系统将两个20MHz捆绑在一起，从而使系统峰值速率从150Mbps提升到300Mbps。图1-120Mhz+20Mhz载波聚合这种低成本快速提升速率的技术，受到全球各大运营商的青睐。据GSA统计，截至2013年12月5日，已有20个国家的31个运营商已经开始商用、或正在部署、或正在试验、或计划试验LTE载波聚合技术。其中韩国和英国的运营商已经商用不同频谱组合的载波聚合。终端方面，已经有84款终端已经支持载波聚合。图1-2载波聚合部署情况目前，20+20MHz载波聚合已经被很多运营商所关注。2013年12月，爱立信在Telstra的网络上展示了B3+B7的20+20MHz载波聚合，其峰值速率达到300Mbps。测试目的进行全球首例20Mhz(B1)+20Mhz(B3)载波聚合的外场展示，并测试若干载波聚合基本功能，初步评估载波聚合增益。另外，借本次外场测试的良机，摸索工程建设以及传输配套等各方面的经验，为未来电信大规模部署载波聚合提供参考。同时，展示使用爱立信在网设备进行载波聚合的硬件改造方案。测试总体情况说明2014年1月20-25日，在电信东莞现网，进行了全球首例20Mhz（B1）+20Mhz（B3）载波聚合的外场演示。图1-3载波聚合演示效果测试环境测试设备连接与组网该现网1.8G站点处于东莞市常平镇闹市区，如图2-1和图2-2所示。该站点及周边无线环境具备典型代表意义。图2-1测试站点位置图2-2测试站点周边情况为了进行20Mhz（B1）+20Mhz（B3）载波聚合外场演示，需对该基站进行硬件改造，对其两个扇区分别加装2.1GRRU和AIR（天面空间受限场景），参见图2-3和图2-4。扇区1天面方案：在抱杆上增加一个2.1G(B1)RRU，连接到现有4端口天线的两个未用端口上（原1.8GHz用2个端口、新增2.1GHz用另外两个端口）。扇区2天面方案：将原有4端口天线更换成AIR（AntennaIntegratedRadio，有源一体化天线）。该AIR的有源部分实现2.1G射频功能（包括RRU、天线、RET等），同时还内置一副无源天线，将原1.8GRRU的射频输出连接到此无源天线。该方案天面单元总数未增加，适合天面空间受限的场景。由于该站点采用2T/2R（2收/2发），站点的硬件改造得以快速完成。图2-3站点硬件改造方案图2-4站点硬件改造方案测试设备和基站连接如图2-5所示。具体软硬件配置参见2.2章。图2-5测试连接示意图测试系统配置网元名称硬件平台软件版本备注EnodeBDUSL14基带单元RRUS11L14射频单元，2.1G(B1)RRUS12L14射频单元，1.8G(B3)AIRL14AntennaIntegratedRadio，有源一体化天线。有源2.1G/无源1.8G传输现有传输现有版本20Mhz+20Mhz载波聚合峰值速率为300Mbps，因此S1传输带宽需要至少为300x1.17=350Mbps核心网现有核心网现有版本需要将TM500的SIM卡信息添加到HSS中，并配置其APN-AMBR和UE-AMBR为400Mbps。SGW和PGW需要能支持300Mbps下行速率。表21测试设备信息表测试工具及仪表测试设备/工具目的版本供应商TM500测试终端配置B1及B3窄带射频板卡Aeroflex笔记本电脑控制TM500Windows7Enterprise配备1G网卡HP业务服务器提供下行300Mbps的FTP及iperf数据流Linux测试车辆搭载测试终端进行路测需提供TM500的交流电源表22测试工具/仪表信息表测试系统基本配置参数配置备注系统带宽20MHz+20MHz2.1G(B1)+1.8G(B3)工作频点（主载波）EARFCNDL:212002.1G(B1)工作频点（辅载波）EARFCNDL:186001.8G(B3)双工方式FDD子载波带宽15KHz多天线配置DL:MIMOUL:SIMO传输模式为TM3PDCCH自适应表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s11系统基本配置表测试项目激活/去激活辅载波激活辅载波测试目的验证载波聚合功能开启情况下，eNodeB能根据下行数据量情况动态激活辅载波。测试配置基站配置两小区，频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)。开启载波聚合功能，并进行相应配置（2.1G主载波，1.8G辅载波）。测试原理对于配置了辅载波的终端，可以对其辅载波进行动态激活和去激活,以达到节约终端电池消耗的目的（在辅载波未被激活时，终端将不监测辅载波）。例如，当RLCbuffer中的数据量很多（如进行满bufferUDP下载），无法完全采用主载波进行传输时，可以将辅载波激活。辅载波的激活，通过传输Activation/DeactivationMediumAccessControl(MAC)ControlElement(CE)实现，并设置SCellindexbit为1。测试方法使得终端位于该扇区近点。终端开机在Cell1上执行Attach流程。Cell2作为辅载波加入后，执行下行UDP业务，此时辅载波被激活。测试结果分析图3-1为测试截图。其中，下方右侧红色框所示为辅载波的配置情况（Configured）和激活情况（Activated）。在使用UDP进行下行满buffer灌包时，辅载波的状态为已配置（Configured=Green）和已激活（Activated=Green）。图3-1测试截图下表为主载波和辅载波的DL-SCH下行速率，以及下行总速率。其中，主载波和辅载波都有数据传输。该测试用例主要关注辅载波的激活情况，未过多关注实际速率。受无线环境因素影响，测试结果非峰值速率。业务类型主载波下行速率（Mbps）辅载波下行速率（Mbps）下行总速率（Mbps）UDP94.73124.18218.91表31数据统计测试小结在满bufferUDP业务的情况下，可以成功激活辅载波。去激活辅载波测试目的验证载波聚合功能开启情况下，eNodeB能根据下行数据量情况动态去激活辅载波。测试配置基站配置两小区，频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)。开启载波聚合功能，并进行相应配置（2.1G主载波，1.8G辅载波）。测试原理对于配置了辅载波的终端，可以对其辅载波进行动态激活和去激活,以达到节约终端电池消耗的目的（在辅载波未被激活时，终端将不监测辅载波）。例如，当RLCbuffer中的数据量很少（如进行ping操作），完全可以通过主载波进行传输时，可以将辅载波去激活。辅载波的去激活，通过传输Activation/DeactivationMediumAccessControl(MAC)ControlElement(CE)实现，并设置SCellindexbit设为0。测试方法使得终端位于该扇区近点。终端开机在Cell1上执行Attach流程。Cell2作为辅载波加入后，执行ping业务服务器和下行UDP业务，此时辅载波被激活。然后，停止下行UDP业务，此时辅载波被去激活。测试结果分析图3-2为测试截图。其中，下方右侧红色框所示为辅载波的配置情况（Configured）和激活情况（Activated）。在仅使用ping业务时，辅载波的状态为已配置（Configured=Green）和未激活（Activated=Red）。图3-2测试截图下表为主载波和辅载波的DL-SCH下行速率，以及下行总速率。其中，主载波有数据传输，而辅载波无数据传输。业务类型主载波下行速率（Kbps）辅载波下行速率（Kbps）下行总速率（Kbps）Ping2.6160Kbps2.616表32数据统计测试小结仅进行ping业务的情况下，可以成功去激活辅载波。载波聚合和非载波聚合终端近、中点下行速率测试测试目的在载波聚合功能开启和关闭情况下，对比单个终端在近点和中点的下行速率。测试配置基站配置两小区，频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)。开启载波聚合功能，并进行相应配置（2.1G主载波，1.8G辅载波）。测试原理通过在基站开启和关闭载波聚合功能，可以使终端分别运行在载波聚合和非载波聚合状态。可以比较开启载波聚合功能时，单终端的下行速率增益。测试方法首先，在基站开启载波聚合功能，并将路测车辆开至近点（可达峰值速率），进行定点下行UDP业务。关闭基站载波聚合功能，进行定点下行UDP业务。然后，将路测车辆开至中点，并重复上面的测试。测试结果分析图3-3和图3-4分别是载波聚合情况下近点和中点的截图。下方左侧红色框所示，为主载波和辅载波的DL-SCH下行速率，以及下行总速率。图3-5和图3-6分别是非载波聚合情况下近点和中点的截图。图3-3测试截图（载波聚合，近点）图3-4测试截图（载波聚合，中点）图3-5测试截图（非载波聚合，近点）图3-6测试截图（非载波聚合，中点）表3-3为载波聚合情况下近点和中点的数据，包括主载波和辅载波及其各支路的具体信息。RSRP(dBm)SINR(dB)RSSI(dBm)下行速率(Mbps)下行总速率(Mbps)Tx1/Rx1Tx2/Rx2Tx1/Rx1Tx2/Rx2近点主载波-65.92-62.1330.2625.78-26.75137.99274.90辅载波-58.44-60.8825.4927.21-24.95136.91中点主载波-99.30-81.8121.2016.91-57.3936.31108.45辅载波-93.01-90.8619.5624.03-62.5872.13表33数据统计（载波聚合）表3-4为非载波聚合情况下近点和中点的数据，包括主载波和辅载波及其各支路的具体信息。RSRP(dBm)SINR(dB)RSSI(dBm)下行速率(Mbps)下行总速率(Mbps)Tx1/Rx1Tx2/Rx2Tx1/Rx1Tx2/Rx2近点主载波-65.89-64.5932.7525.53-30.3398.6098.60辅载波00000中点主载波-85.65-81.2318.5617.71-45.9246.4546.45辅载波00000表34数据统计（非载波聚合）比较表3-3和表3-4，在载波聚合情况下，近点下行平均速率为274.90Mbps，中点下行平均速率为108.45Mbps。在非载波聚合情况，近点下行平均速率为98.60Mbps，中点下行平均速率为46.45Mbps。测试小结单终端的下行速率，在载波聚合情况下可以比非载波聚合情况高一倍左右。载波聚合和非载波聚合终端覆盖性能对比测试测试目的在载波聚合和非载波聚合的环境，按照指定的路线，进行下载业务，对比载波聚合与非载波聚合的覆盖性能。测试配置基站配置两个载波聚合扇区，每个扇区分别有两个小区，频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)。开启载波聚合功能（2.1G主载波，1.8G辅载波），并配置临区切换关系，可以进行切换。测试原理通过在基站开启和关闭载波聚合功能，可以使终端分别运行在载波聚合和非载波聚合状态。可以比较开启载波聚合功能时的下行覆盖情况。测试方法首先，在基站开启载波聚合功能，接入测试终端并开启FTP下载业务，然后按照规划好的测试路线匀速行驶，并记录下行速率，下行SINR，RSRP，同时保存整个过程的信令流程。然后，关闭基站的载波聚合功能，重复上面的测试。在预测试中，首先尝试使用UDP业务，发现较多切换异常（成功切换到目标小区后，终端收到RRCConnectionRelease）。经初步分析，该现象与TM500测试终端的软件有关。因此在正式测试中，采用了FTP业务进行测试。测试结果分析表3-5为载波聚合情况下的数据统计。KPI

第一次第二次FTP下载速（DL-SCH）78.5Mbps83.7MbpsRSRP-71-69.9SINR26.526.3RSSI-39.8-38.3表35速率情况（载波聚合）表3-6为非载波聚合情况下的数据统计。KPI

第一次第二次FTP下载速率（DL-SCH）62.8Mbps61.4MbpsRSRP-73-73.9SINR24.223.3RSSI-39.2-39.8表36速率情况（非载波聚合）测试小结在本次测试中使用了FTP业务。由于FTP使用TCP协议，其下行速率受上行反馈以及各节点传输性能的影响较大。本测试使用的FTP业务服务器位于广州，而测试eNB位于东莞，其间经过较多传输节点，导致FTP下载速率大大低于理论值（经现场检查，排除了无线环境和eNB的问题，非空口受限）。因此，本测试结果无法完全体现载波聚合的覆盖增益。希望可以在电信组织的后继测试中，进一步详细评估载波聚合的覆盖增益。双载波与双载波小区的切换测试目的验证双载波（载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区）的切换流程和切换性能。测试配置基站配置两个载波聚合扇区，每个扇区分别有两个小区，频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)。开启载波聚合功能（2.1G主载波，1.8G辅载波），并配置临区切换关系，可以进行切换。测试原理和切换流程图图3-7切换测试信令流程截图图3-7是UE在进行载波聚合切换过程中的截图：UE上报measurement-report至PCI=227的源小区，其中包含PCI=226小区的RSRP/RSRQ等信息。eNB进行切换判决及资源分配后，通过PCI=227源小区向UE发送RRCConnection-Reconfiguration，通知UE切换至PCI=226的目标小区，并同时配置其辅载波小区信息。UE向目标小区PCI=226发送RRCConnection-ReconfigurationComplete消息，以确认切换完成。测试方法利用支持载波聚合特性的终端，按照规划好的路线匀速行驶，进行双载波（载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区）的切换。测试结果分析表3-7为该测试的具体数据。在本测试用例中，一共进行了4次切换，成功率为100%，平均切换时延为53.75ms。需要注意的是，第一圈的第一次切换（227->226）和第二次切换（226=>227）为ping-pang切换，因此切换前后10秒的速率出现异常（参见标黄的数据）。测试项第一圈227=>226第一圈226=>227第二圈227=>226第二圈226=>227切换前10秒速率(Mbps)87.5430.187.994.1切换前10秒RSRP-64.1-79.8-63.1-77切换前10秒SINR27.210.528.222.4切换后10秒速率(Mbps)3499.684.987.6切换后10秒RSRP-76.8-67.6-74.8-69.6切换后10秒SINR18.132.424.330.7切换时延(ms)55505456表37切换数据分析测试小结开启载波聚合后，可以正常进行双载波（载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区）的切换。双载波与单载波小区的互切换双载波到单载波小区切换测试目的验证双载波（载波聚合扇区）到单载波（非载波聚合扇区）的切换流程和切换性能。测试配置基站配置一个载波聚合扇区，有两个频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)的小区，并开启载波聚合功能（2.1G主载波，1.8G辅载波）。并配置另一个非载波聚合扇区，有两个频段分别为2.1G(B1)和1.8G(B3)的小区，但未开启载波聚合功能。配置临区切换关系，可以进行切换。切换原理和切换流程图图3-8切换测试信令流程截图图3-8是UE切换过程的信令截图：UE上报measurement-report至PCI=227的源小区，其中包含PCI=226小区的RSRP/RSRQ等信息。eNB进行切换判决及资源分配后，通过PCI=227源小区向UE发送RRCConnection-Reconfiguration，通知UE切换至PCI=226的目标小区。由于PCI=226目标小区未开启载波聚合功能，该消息中未携带辅载波小区信息。UE向目标小区PCI=226发送RRCConnection-ReconfigurationComplete消息，以确认切换完成。测试方法利用支持载波聚合特性的终端，按照规划好的路线匀速行驶，进行双载波（载波聚合扇区）到单载波（非载波聚合扇区）的切换。测试结果分析表3-8为该测试的具体数据。一共进行了2次切换，成功率为100%，平均切换时延为53ms。测试项第一圈第二圈切换前10秒速率(Mbps)72.679.1切换前10秒RSRP-68.2-70.4切换前10秒SINR25.127.5切换后10秒速率(Mbps)47.359.6切换后10秒RSRP-77.9-78.5切换后10秒SINR2127.9切换时延(ms)5155表38切换数据分析测试小结仅在部分小区开启载波聚合时，可以正常进行双载波（载波聚合扇区）到单载波（非载波聚合扇区）的切换。单载波到双载波小区切换测试目的验证单载波（非载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区）的切换流程和切换性能。测试配置参见章。切换原理和切换流程图章中的图3-8是UE切换过程的信令截图：UE上报measurement-report至PCI=226的源小区，其中包含PCI=227小区的RSRP/RSRQ等信息。eNB进行切换判决及资源分配后，通过PCI=226源小区向UE发送RRCConnection-Reconfiguration，通知UE切换至PCI=227的目标小区。由于PCI=227目标小区开启了载波聚合，该消息同时携带其辅载波小区信息。UE向目标小区PCI=227发送RRCConnection-ReconfigurationComplete消息，以确认切换完成。测试方法利用支持载波聚合特性的终端，按照规划好的路线匀速行驶，进行单载波（非载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区）的切换。测试结果分析表3-9为该测