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HSPA+的技术特性和测试方案

  当前,为了提高下行和上行分组数据的速率和容量,已经在全球范围内大规模地部署UMTS高速下行分组接入(HSDPA)和高速上行分组接入(HSUPA)网络。在3GPP中,HSDPA作为R5引入,而HSUPA则作为3GPP R6一个非常重要的特性。HSDPA和HSUPA的结合就是HSPA(高速分组接入)。但是,即使引进HSPA,UMTS的演进也并没有到达其终点。在 R7和R8中,HSPA+会带来极大的性能增强,目的使基于HSPA的无线网络在频谱效率、峰值速率和时延方面的性能得到显著提高,从而充分利用 WCDMA网络的资源潜力。

  HSPA+在3GPP R7版本开始定义,主要的特性分布在R7和R8两个版本中(见图1)。

  UMTS的基站可以实现从HSDPA/HSUPA到HSPA+平滑的升级,目前国外有些WCDMA运营商已经开始部署HSPA+的网络,以提升用户的网络体验。综合考虑HSPA+技术特性演变的相关联性,实现的成本效益比和LTE技术的发展情况,HSPA+网络对已经定义的技术特性的支持有优先度的区分。当前计划部署或者已经部署的HSPA+网络多支持高阶的64QAM,增强的Cell FACH,层2增强和CPC等。罗德与施瓦茨的信号源SMx和频谱分析仪FSx系列已经可以提供基站上述特性的验证,并能提供MIMO衰落的仿真和多天线的分析。

  相似的是,随着LTE试商用的逐步临近,各芯片厂商在HSPA+终端特性的支持上更多地采用遵从网络用户体验、平滑过渡的策略。HSPA+芯片的早期会支持下行64QAM,层2增强,增强的Cell FACH,CPC,上行16QAM,MIMO等主要特性。这些特性涵盖了HSPA+的协议栈和物理层的技术,因此涉及到了协议栈测试RF测试。如何在芯片研发和生产的过程中对上述的特性进行一致性的验证,保证研发和生产的质量,成为了非常重要的任务。

  HSPA+下行64QAM调制方式能力引入了新的UE类别13和14,在HSDPA 15个码道的基础上使下行的速率最大增加到21.1Mbit/s。基站为了准确行使64QAM的调度引入了新的CQI映射表,通过下行的HS-SCCH信道来通知手机,并且测试规范引入了新的固定参考测量信道H-SET 8。对于支持64QAM的HSPA+终端而言,需要评估其HS-PDSCH最大的接收电平和H-SET 8下的单链路性能。此外,验证HSPA+数据终端的真实流量对于HSPA+产品的实际用户体验具有较大的参考意义。

  上行16QAM调制方式能力则引入了新的UE类别7,在HSUPA原来4个码道的基础上使上行的速率翻倍,达到了11.5Mbit/s。规范针对 16QAM引入了新的AG值映射表,以包含更高的传输块大小和授权值。16QAM调制方式的引入同样对协议和射频都提出了新的需求,如在射频上要求对 RCDE进行测量,对EVM也提出了新的要求。

  为了支持高阶调制和MIMO的高速率,HSPA+在层2,主要是对MAC和RLC做了许多增强。MAC层引入了增强的MAC-ehs实体。MAC-ehs 支持灵活的RLC PDU大小和MAC汇聚分割功能,允许在一个2ms TTI内,复用来自多个优先排队的数据,并决定发射单个或者多个数据流(MIMO)。同时,RLC也做了增强,以支持AM模式下灵活的下行PDU大小。对于HSPA+,如何来验证层2增强的特性显得非常重要。

  增强的Cell FACH技术可以保证用户更好的传输体验。由于非常少的控制信道开销,CELL_FACH状态非常适合用于“永远在线”类型的服务。以前的HSDPA中多在CELL_DCH下操作,而增强的Cell FACH技术允许在CELL_FACH,甚至是CELL_PCH和URA_PCH下使用HS-DSCH,从而增强了可能的速率。尤其对于少量的数据而言,短时间就可以完成而不需要转化到CELL_DCH状态。同时,由于HS-DSCH 2ms的TTI,减少了下行控制消息的信令时延。此外,CELL_FACH,URA_PCH和CELL_PCH向CELL_DCH转换的时间也大大减少,提高了使用者对间歇性数据传输的满意度。因此,协议对于加强的Cell FACH功能的验证也是必须的。

  HSPA+的连续分组连接(CPC)技术主要包括DTX/DRX技术和HS-SCCH Less Operation技术等,DTX/DRX实现上行不连续发送和下行不连续接收,从而减少上行干扰、提升上行容量和节省UE耗电等目的;而HS-SCCH Less Operation通过在某些情形下,如低速传输时,节省HS-SCCH的发送,通过手机本身对有限格式组合的盲解调来达到节省下行信道码资源,提高下行用户数的目的。CPC技术帮助许多用户“永远在线”,但又能感受到固定宽带网络接入的类似体验。HSPA+的CPC技术对协议和射频测试都提出了新的需求。

  多输入/多输出(MIMO)是HSPA+后期演进的一个非常重要的技术。R8定义的64QAM调制方式和MIMO结合的应用方式,以进一步提升下行的数据流量。HSPA+MIMO的形态主要采用2×2的形态,在理想的状态下可以达到HSDPA 2倍的数据传输量,即最高传输速率为28Mbit/s。在HSPA+ MIMO应用中,引入了新的HS-SCCH类型M在下行传送预编码的信息。对于手机而言,需要向基站传送预编码控制信息(PCI)和信道质量指示(CQI)。在信道环境不适合MIMO操作的情形下,可以退回到传统的闭环发射分集。目前,R8规范已经定义了HSPA+MIMO的协议和射频测试用例。但整个产业受制于MIMO终端的缺失,HSPA+MIMO协议和射频产业化的认证过程要延后。

  在当前规范下,所有跟MIMO类似的R8特性对HSPA+数据终端而言都是可选的。对于终端厂商而言,如何抓住HSPA+发展的机遇,适时地推出保质保量的HSPA+终端非常重要。

  罗德与施瓦茨公司在传统信号源SMx系列和频谱分析仪FSx系列的基础上,还可以为客户提供从研发的协议栈验证、射频验证到生产测试的基于CMW500单机的测试解决方案,为HSPA+芯片的整个研发量产过程提供了极高的一致性。

  CMW500是罗德与施瓦茨适时推出的面向未来的测试平台,具有非常好的精确度和模块设计,可以充分满足手机厂商和测试机构对于HSPA+和LTE各种特性测试的需求。这种测试可以是完整的,而不是单一的某种调制方式的升级,从而尽可能地满足整个产业现阶段和未来对于HSPA+数据终端的要求。另外,目前 HSPA+终端的产业状况客观上要求一种交叉的验证工具,提供射频、协议、性能(流量)等综合的测试。因为对于HSPA+芯片而言,相关度越高的联合测试越能提供早期检验问题的手段。

  在协议测试这一块,目前CMW500已经可以支持层2增强,下行64QAM调制和增强的F-DPCH及CPC等。在MIMO的支持上,虽然受制于终端的缺失,但CMW500仍可率先支持(见图2),从而为HSPA+芯片的早期研发保驾护航。

  目前,全球认证论坛(GCF)在WI-67,WI-68,WI-069和WI-070分别定义了MIMO,层2增强,64QAM,CPC中的测试用例。其中,WI-68,WI-069和WI-070已经全部冻结,而WI-067 MIMO部分的用例处于进行当中。目前,已经可供认证的有WI-068。CMW500是当前惟一的一款被GCF认可的平台。

  此外,对于HSPA+协议栈的研发测试,C++MW500可以提供基于C++的MLAPI测试环境,允许客户自由方便地创造任意的测试场景,甚至模拟HSPA+真实网络下的性能状态。HSPA+高速的流量测试甚至各种切换状态可以基于上述测试环境快速实现。

  通过添加合适的软件,CMW500还可以完成HSPA+射频的验证(见图3)。正如上文提到的,3GPP 34.121-1 R7以后不仅定义了新的参考测量信道,更重要的是针对HSPA+技术的特点,引入了新的发射机和接收机测试及性能用例。而CMW500单机可以完成基于 HSPA+上述特性的发射机和接收机的验证。目前,CMWW500同样已经支持MIMO。

  对于,HSPA+具体射频测试而言,仍然分布在3GPP 34.121-1 R7以后的5,6,7,9,10章节。HSPA+测试模式和业务流下的吞吐量通过界面同样可以得到快速测量。

  目前,GCF在WI 069/070/067也分别定义了用于下行64QAM,CPC和MIMO的射频认证用例。在单台CMW500的基础上,罗德与施瓦茨公司可以为客户提供系统的一致性测试方案。无论是原来的TS895x客户、还是新客户,都可以非常轻松地升级或搭建用于R7-LTE的一致性测试系统,以提供更多测试用例的覆盖和满足更高的测试需求。罗德与施瓦茨结合TS895x系列十多年的经验和用户反馈,为客户提供的R7-LTE(TS8980)具有更好的用户体验和性价比。

  对于HSPA+的产线同样可以提供卓越的性能(见图4)。先进的DSP处理能力和算法,配以强大的列表模式,Multi- Evaluation功能及业界创新的Multi-Evaluation列表模式,为产线的校准和综测提供了极大的灵活性和业界领先的速度。

  目前,无线终端的发展越来越复杂,要求支持多标准、多频段,而其中包含蜂窝技术标准(如GSM/(E)GPRS,UMTS/HSPA,cdma2000 /EV-DO,TD-SCDMA等)和非蜂窝技术标准(如BT,WiFi等)。如何减少一款终端总的校准和综测时间,是测试平台应该考虑的问题。 CMW500本身具有领先的通道设计,允许TX和RX并行校准过程中通路的自动切换,并可对HSPA+终端带有其他蜂窝和非蜂窝标准同时进行平行测量,甚至可以是多个终端,从而使用户从单一模式的耗时关注转向整体时效比的非凡体验。

  当产线测试速度瓶颈被打破的时候,当对任何一种新技术的支持不再奢望的时候,当灵活的测试环境是如此靠近我们的时候,那也就是我们“心动”的时候。

  综上所述,HSPA+是一种HSDPA/HSUPA基础上平滑的过度技术,有旧的技术身影,也有革新的东西。HSPA+终端的测试必须涵盖HSPA+技术特性相关的细节,着重于问题的解决和产品的稳定。在这种情况下,一种覆盖研发到生产整个阶段的高度一致的,并能提供早期定位的测试方案显得更为现实。