LTE网络20M+20M载波聚合开发项目测试报告.docx

LTE网络20M+20M载波聚合开发项目测试报告2014年2月目录1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63.1.1.1.测试目的63.1.1.2.测试配置63.1.1.3.测试原理63.1.1.4.测试方法73.1.1.5.测试结果分析73.1.1.6.测试小结73.1.2.去激活辅载波83.1.2.1.测试目的83.1.2.2.测试配置83.1.2.3.测试原理83.1.2.4.测试方法83.1.2.5.测试结果分析83.1.2.6.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153.5.1.1.测试目的153.5.1.2.测试配置163.5.1.3.切换原理和切换流程图163.5.1.4.测试方法163.5.1.5.测试结果分析163.5.1.6.测试小结173.5.2.单载波到双载波小区切换173.5.2.1.测试目的173.5.2.2.测试配置173.5.2.3.切换原理和切换流程图173.5.2.4.测试方法173.5.2.5.测试结果分析173.5.2.6.测试小结184.测试总结18201 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, 3GPP Rel10）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1-1 20Mhz+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。1.1. 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。1.2. 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2. 测试环境2.1. 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2.1G RRU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（Antenna Integrated Radio，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2.2. 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RRUS 11L14射频单元，2.1G (B1)RRUS 12L14射频单元，1.8G (B3)AIRL14Antenna Integrated Radio，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2.3. 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TM500Windows 7 Enterprise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2.4. 测试系统基本配置参数配置备注系统带宽20 MHz+20 MHz2.1G (B1)+1.8G (B3)工作频点（主载波）EARFCN DL:212002.1G (B1)工作频点（辅载波）EARFCN DL: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21系统基本配置表3. 测试项目3.1. 激活/去激活辅载波3.1.1. 激活辅载波3.1.1.1. 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。3.1.1.2. 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）。3.1.1.3. 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RLC buffer中的数据量很多（如进行满buffer UDP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/Deactivation Medium Access Control (MAC) Control Element (CE)实现，并设置SCell index bit为1。3.1.1.4. 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。Cell 2作为辅载波加入后，执行下行UDP业务，此时辅载波被激活。3.1.1.5. 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3.1.1.6. 测试小结在满buffer UDP业务的情况下，可以成功激活辅载波。3.1.2. 去激活辅载波3.1.2.1. 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。3.1.2.2. 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）。3.1.2.3. 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RLC buffer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/Deactivation Medium Access Control (MAC) Control Element (CE)实现，并设置SCell index bit设为0。3.1.2.4. 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。Cell 2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。3.1.2.5. 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）Ping2.616 0 Kbps2.616 表 32数据统计3.1.2.6. 测试小结仅进行ping业务的情况下，可以成功去激活辅载波。3.2. 载波聚合和非载波聚合终端近、中点下行速率测试3.2.1. 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。3.2.2. 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）。3.2.3. 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。3.2.4. 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。3.2.5. 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。3.2.6. 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。3.3. 载波聚合和非载波聚合终端覆盖性能对比测试3.3.1. 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。3.3.2. 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。3.3.3. 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。3.3.4. 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RRC Connection Release）。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。3.3.5. 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）78.5 Mbps83.7 MbpsRSRP-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）62.8Mbps61.4 MbpsRSRP-73-73.9SINR24.223.3RSSI-39.2-39.8表 36 速率情况（非载波聚合）3.3.6. 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。3.4. 双载波与双载波小区的切换3.4.1. 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。3.4.2. 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。3.4.3. 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：1） 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。2） 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。3） UE向目标小区PCI=226发送RRCConnection-Reconfiguration Complete消息，以确认切换完成。3.4.4. 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。3.4.5. 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3.4.6. 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。3.5. 双载波与单载波小区的互切换3.5.1. 双载波到单载波小区切换3.5.1.1. 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。3.5.1.2. 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。3.5.1.3. 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：1） 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。2） 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。3） UE向目标小区PCI=226发送RRCConnection-Reconfiguration Complete消息，以确认切换完成。3.5.1.4. 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。3.5.1.5. 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3.5.1.6. 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。3.5.2. 单载波到双载波小区切换3.5.2.1. 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。3.5.2.2. 测试配置参见3.5.1.2章。3.5.2.3. 切换原理和切换流程图3.5.1.3章中的图3-8是UE切换过程的信令截图：4） 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。5） 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。6） UE向目标小区PCI=227发送RRCConnection-Reconfiguration Complete消息，以确认切换完成。3.5.2.4. 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。3.5.2.5. 测试结果分析表3-9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53.5ms。测试项第一圈第二圈切换前10秒速率(Mbps)19.642.6切换前10秒RSRP-83.8-82.6切换前10秒SINR11.514.2切换后10秒速率(Mbps)81.869.1切换后10秒RSRP-73.2-77.2切换后10秒SINR2517.9切换时延(ms)5354表 39 切换数据分析3.5.2.6. 测试小结仅在部分小区开启载波聚合时，可以正常进行单载波（非载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区）的切换。4. 测试总结在本次载波聚合外场测试中，采用Aeroflex公司的TM500（配置B1及B3窄带射频板卡），测试了载波聚合和非载波聚合情况下的近点和中点性能，并进行了覆盖对比测试，以初步评估载波聚合增益。另外，测试了不同场景下载波聚合的切换，并验证了激活/去激活辅载波。需要注意的是，该测试结果依赖于TM500的射频性能和软件稳定性，并受测试现场无线环境，各传输节点的性能，以及FTP/iperf业务服务器等因素的影响.同时，展示了使用爱立信在网设备进行载波聚合的硬件改造方案，验证了爱立信的1.8G基站可以通过加装2.1G射频单元，非常方便的实现载波聚合。请参考3.1章：当RLC buffer中的数据量很多（如进行满buffer UDP下载），无法完全采用主载波进行传输时，可以将辅载波激活。当仅使用ping业务时，可以将辅载波去激活。请参考3.2章：在载波聚合情况下，处于近点和中点的终端，其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。由于测试环境所限，本测试中未找到合适的远点。请参考3.3章：在覆盖对比测试中，由于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。请参考3.4/3.5章：进行了包括双载波（载波聚合扇区）到双载波（载波聚合扇区），以及双载波（载波聚合扇区）与单载波（非载波聚合扇区）的切换。成功率为100%，平均切换时延为53.5ms。测试结果显示，在全网开启或部分小区开启载波聚合时，可以正常进行切换。目录1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63.1.1.1.测试目的63.1.1.2.测试配置63.1.1.3.测试原理63.1.1.4.测试方法73.1.1.5.测试结果分析73.1.1.6.测试小结73.1.2.去激活辅载波83.1.2.1.测试目的83.1.2.2.测试配置83.1.2.3.测试原理83.1.2.4.测试方法83.1.2.5.测试结果分析83.1.2.6.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153.5.1.1.测试目的153.5.1.2.测试配置163.5.1.3.切换原理和切换流程图163.5.1.4.测试方法163.5.1.5.测试结果分析163.5.1.6.测试小结173.5.2.单载波到双载波小区切换173.5.2.1.测试目的173.5.2.2.测试配置173.5.2.3.切换原理和切换流程图173.5.2.4.测试方法173.5.2.5.测试结果分析173.5.2.6.测试小结184.测试总结18