新一代LTE网络优化测试技术

1 背景

通信技术的高速发展使无线宽带成为可能，任何时间、任何地点享受信息生活成为人类通信的最终诉求，市场需要一种更高带宽、更好业务体验的无线宽带技术来改变人类生活。面对全新的固定移动融合时代，LTE（Long Term Evolution，长期演进）应运而生。

作为一种全新的移动通信技术，LTE的网络架构发生较大变化，如图1所示，LTE接入网的扁平化结构导致传统的信令采集点消失了，所以需要从Uu口采集空口信令。另外，LTE网络中使用了很多无线通信新技术，包括OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）、波束赋形、 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多天线技术）及CoMP（Coordinated Multipoint Transmission and Reception，协作多点传输技术），这就需要有新型的无线网络分析和优化的仪表和工具，满足网络测试需求。

图1 3G网络与LTE网络结构图

2 LTE空中接口监测仪表需求和意义

LTE空中接口监测仪表的产生，是新技术、新网络、新业务的需求，同时对国内测试仪表的发展也具有推动作用。

2.1 移动通信新技术、新网络、新业务对网络监测仪表提出的新需求

•  通信新技术

以LTE为代表的4G移动通信系统，集合了近10年移动通信领域涌现的许多先进技术，其中MIMO与OFDM的结合，是最重要的技术之一。无论是波束赋形还是MIMO空分复用，都利用了对无线传播信道的空间选择性衰落，虽然理论界对无线信道的空间选择性有很多模型和研究，但其应用于实际传播环境，还有很多测量、评估工作要做，而传统的测试软件明显已经不再适用于这一目标。

基站协作和多用户MIMO等技术，是传统的切换、功控等蜂窝工程技术的延续，对这一技术的测量和评估，都需要在实际网络优化工作中大量采集和分析蜂窝网络的信令和数据，而且需要结合多天线技术。传统的单基站和单用户采集的方法已经不再适用。

•  新型接入网结构

全IP化是移动通信网络结构发展的趋势，从3G的IMS到4G的全IP化接入网，正是这一努力的结果。传输技术、半导体技术的发展，使得传统的多层接入网结构浓缩到eNodeB单一的网元中，这一新型接入网结构使得物理层新技术的应用成为可能，同时也使得基站的实现复杂度提到了前所未有的高度，与此同时，在接入网没有了传统网优方案所依赖的数据采集点（例如，Abis口和Iub口）。新型的测试工具要可以在空口进行上下行数据采集，并帮助评估基站的性能。

•  移动互联网业务

移动互联网业务对移动通信网络有两方面的作用，一方面移动互联网业务对移动通信网络有很大的影响，比如P2P类业务的定期更新数据包会占用大量空口资源；另一方面移动通信网络也需要对新型的移动互联网业务提供支持。其实这是一个问题的两面，如果能在空口对业务加以识别和支持，也就同时解决了此类业务对空口资源的占用问题。这对监测仪表也提出了相应要求，要求空口测试仪表能识别、分析业务，并与底层信令和物理层过程进行关联分析。

随着LTE网络的不断发展，急需一种新的监测仪表来满足以上需求，LTE空中接口监测仪表应运而生。

2.2 LTE空中接口监测仪表的战略意义

•  对网络优化的重要作用

移动通信新技术、新网络和新业务，对新型的测试和网络优化仪表提出了迫切的要求。传统的路测终端结合接入网数据采集的方式，已经难以适用于这些新技术，我们不仅要有新型的网络优化方法论，还要有新型的网络优化辅助仪表。

•   对LTE产业链的促进作用

我国自主研发的高端测试仪表，可以在LTE网络的建设、验证、优化和运营中，持续发挥作用。在网络建设初期，可以帮助设备商和终端芯片商进行协议测试和验证，还可以帮助运营商进行网络规划；在网络建设成熟期，可以服务于网络优化用途，作为传统路测终端的补充；其自顶向下和自下而上的跨层关联分析功能，也会为LTE网络对移动互联网业务的支撑提供分析工具。

•  对我国高端仪表领域的开拓性意义

传统高端测试仪表的市场份额，集中于几家国外厂商，而且主要应用于网络建设和实验室验证。新型空口监测仪的开发，一方面能填补国内高端测试仪表的空白，另一方面也能将空口监测仪创新性的应用于4G移动通信系统的网络优化。

3 产品的主要功能

与传统测试仪表相同，LTE空中接口监测仪表最基本的功能也是采集并分析网络空口数据，除此之外，LTE空口监测仪还满足如下功能：

•   TD-LTE和LTE FDD全制式、全频段支持

TD-LTE与LTEFDD在一些物理层过程上有所区别：同步过程、多子帧调度和反馈、上行multi-ACK/NAK、HARQ过程、帧结构和MIMO模式等。作为空中接口测试仪表，该仪表可对多制式和多频段同时进行监测。

•  多小区与多终端大容量监测

多小区与多终端的实时监测，对LTE网络技术点（如CoMP、切换、调度等）的分析和实际网络优化是很有意义的。

•  空口协议纵横式关联分析

LTE空口监测仪支持空口的纵向关联分析，从业务层、传输层到物理层的关联，这有助于对空口性能和业务进行跨层分析，对业务的底层支撑，以及对很多跨层技术（如资源调度、链路自适应等）有很重要的意义。

•  空口原始数据与解析数据的存储和离线分析

空口的实时监控有助于快速发现、定位问题，也有助于快速制定和调整测试方案，对数据进行离线深度挖掘，可以分析网络和技术的深层次问题。

•  上层业务解析与监控

LTE空口监测仪可以后对用户面的上层业务进行解析，与底层监测进行关联，实现对网络进行分析的目的。

•  与LTE核心网分析系统、路测系统关联，组成端到端分析平台

这是LTE空口监测仪与其他监测仪的联合分析功能，端到端的分析可以准确、全面的获取网络、用户信息，也是提高用户感知的重要手段之一。

4 结束语

LTE空中接口监测仪表，不仅仅是传统仪表的延伸与拓展，而且对LTE设备、终端的发展以及在LTE网络规划、建设、优化、运营中将发挥出重大的作用。其具备的实时监控和原始信号离线后处理功能，能处理网络建设、设备调试中的问题；纵向业务和信令的跨层关联，以及横向与核心网监测系统的关联，能支持LTE网络和业务的跨层和端到端分析；其对网络系统性能的监控，能对LTE及LTE-Advanced中的很多新技术的研究探索，起到不可替代的作用。因此，LTE空中接口分析仪是LTE网络发展中不可或缺的一部分，也是未来仪表的发展趋势。