2.1. Особенности проведения тестирования радиооборудования базовых станций
Методы тестирования параметров радиооборудования, приведенные в соответствующих спецификациях, не предполагают определения особенностей проведения тестирования какого-либо параметра, вследствие чего в процессе тестирования им может быть уделено недостаточное внимание и допущены соответствующие ошибки. Целью анализа, произведенного в настоящей главе, является определение особенностей тестирования всех параметров радиооборудования базовых и абонентских станций стандарта LTE и выделение их в отдельные подпункты, представляющие собой логические блоки с подробным описанием.
2.1.1. Особенности настройки базовой станции перед проведением тестирования
Для возможности проведения конформного тестирования базовой станции требуются заявления производителя, включающие описания поддерживаемых рабочих полос частот и частотных диапазонов в них соответственно, поддерживаемых значений ширины полосы частот одного радиоканала, класса мощности базовой станции и номинальных значений выходной мощности для каждого из поддерживаемых значений ширины полосы частот одного радиоканала, категории побочных излучений передатчиков, соответствия дополнительным требованиям к величине нежелательных излучений в рабочей полосе частот в случае, если базовая станция предназначена для работы в регионах, предъявляющих данные требования, особенностей совместной работы и размещения с базовыми станциями других стандартов, а также дополнительные описания характеристик для определения поддерживаемых радиочастотных конфигураций. Согласно пп. 4.6.8 спецификации ETSI TS 136.141, к таким характеристикам относятся: возможность проведения различных операций с несмежными участками спектра частот (если такие операции не поддерживаются, то не требуется описание прочих характеристик для подобных операций), поддерживаемые рабочие полосы частот из списка в пп. 5.5 спецификации ETSI TS 136.141 и поддерживаемые в них частотные диапазоны соответственно, максимальное значение ширины полосы частот в каждой рабочей полосе частот при работе со смежными и несмежными участками спектра частот соответственно, поддерживаемые рабочие конфигурации для данной рабочей полосы частот (возможность работы с несколькими несущими, использования функции объединения несущих и/или работы с одной несущей частотой), поддерживаемые комбинации компонентов несущей частоты при номинальном разносе каналов для данной рабочей полосы частот, номинальное значение выходной мощности для одной несущей при проведении различных операций со смежными и несмежными участками спектра частот, номинальное значение полной выходной мощности (совокупно для всех несущих) при проведении различных операций со смежными и несмежными участками спектра частот, а также максимальное число поддерживаемых несущих в данной рабочей полосе частот. Если номинальное значение полной выходной мощности не соответствует максимальному числу поддерживаемых несущих в какой-либо рабочей полосе частот, то для таких полос частот требуется дополнительно указать, насколько сокращается число несущих при номинальном значении полной выходной мощности, и насколько сокращается данное значение при использовании максимального числа поддерживаемых несущих. Перечисленные характеристики применимы к базовым станциям, поддерживающим работу в одной рабочей полосе частот. Для базовых станций, поддерживающих работу в нескольких рабочих полосах частот, помимо указанных характеристик, которые должны применяться к каждой из поддерживаемых рабочих полос частот, требуется описание следующих дополнительных характеристик: поддерживаемые комбинации рабочих полос частот, поддерживаемые рабочие полосы частот для каждого антенного коннектора, поддержка работы с несколькими рабочими полосами частот соответствующих передатчиков и приемников с указанием подключаемых к ним антенных коннекторов, полное число несущих для поддерживаемых комбинаций рабочих полос частот, максимальное число несущих для каждой рабочей полосы частот при проведении различных операций с несколькими полосами частот, значение полной ширины полосы частот передатчика и приемника для поддерживаемых комбинаций рабочих полос частот, максимальное значение ширины полосы частот для каждой поддерживаемой рабочей полосы частот при проведении различных операций с несколькими полосами частот, максимальная пропускная способность в режиме передачи и приема для поддерживаемых комбинаций рабочих полос частот, полная выходная мощность суммарно для всех поддерживаемых рабочих полос частот при использовании поддерживаемых комбинаций таких полос частот, максимальная поддерживаемая разностная мощность между любыми двумя несущими в любых двух различных поддерживаемых рабочих полосах частот, номинальное значение выходной мощности для одной несущей при проведении различных операций с несколькими полосами частот, номинальное значение полной выходной мощности для каждой поддерживаемой рабочей полосы частот при проведении различных операций с несколькими полосами частот, а также любые ограничения каких-либо одновременных операций для поддерживаемых комбинаций рабочих полос частот, которые могут иметь значение при выборе тестовой конфигурации как для базовых станций, работающих в режиме FDD, так и для базовых станций, работающих в режиме TDD.
При анализе методов тестирования параметров радиооборудования базовых станций следует учитывать, что некоторые требования, приведенные в ETSI TS 136.141, могут применяться только в определенных регионах, либо должны учитывать дополнительные условия, введенные соответствующим регулирующим органом. В пп. 4.3 данной спецификации описаны все подобные требования. Данные требования касаются следующих параметров: рабочие диапазоны частот, полоса частот одного радиоканала, положение радиоканала в рабочем диапазоне частот, максимальная выходная мощность базовой станции, величина нежелательных излучений в рабочей полосе частот и побочные излучения.
Перед проведением тестирования любого параметра требуется задать режим работы базовой станции с одной несущей (SC, Single Carrier) или несколькими (MC, Multi – Carrier). Режим работы с несколькими несущими делится на режимы с использованием функции объединения несущих (особенности нумерации рабочих полос частот при объединении несущих приведены в пп. 5.5 спецификации ETSI TS 136.141) и без такового. Режим работы с несколькими несущими предусматривает необходимость выбора соответствующей тестовой конфигурации (ETC, E-UTRA Test Configuration). Выбор тестовой конфигурации должен производиться, исходя из определения в соответствии с пп. 4.6.8 спецификации ETSI TS 136.141 поддерживаемых радиочастотных конфигураций. В пп. 4.10 указанной спецификации определено 5 тестовых конфигураций для режимов работы с несколькими несущими и/или с использованием функции объединения несущих. ETC1 применяется при работе со смежными участками спектра частот при проведении тестирования всех параметров радиооборудования базовых станций без использования функции объединения несущих. При тестировании параметров приемников с использованием ETC1, необходимо для каждой поддерживаемой рабочей полосы частот обеспечить генерацию тестовым оборудованием двух крайних несущих в рабочем спектре частот. ETC2 применяется при работе со смежными участками спектра частот при проведении тестирования с использованием функции объединения несущих. ETC3 применяется при работе с несмежными участками спектра частот при проведении тестирования всех параметров радиооборудования базовых станций без использования функции объединения несущих. При тестировании параметров приемников с использованием ETC3, необходимо для каждого поддерживаемого частотного подблока обеспечить генерацию тестовым оборудованием двух крайних несущих в рабочем спектре частот. ETC4 применяется при работе с несколькими полосами частот для проверки аспектов эксплуатации, связанных с использованием максимального поддерживаемого числа несущих. ETC5 применяется при работе с несколькими полосами частот для проверки аспектов эксплуатации, связанных с использованием сокращенного числа несущих при высокой спектральной плотности мощности на несущую (PSD, Power Spectral Density). Методика сборки и рекомендации по настройке каждой тестовой конфигурации соответственно приведены в пп. 4.10 спецификации ETSI TS 136.141. Применимость тестовых конфигураций для тестирования параметров радиооборудования базовых станций описана в таблицах 2.1, 2.2 и 2.3.
Таблица 2.1. Применимость тестовых конфигураций для тестирования параметров радиооборудования базовых станций, поддерживающих режим работы с несколькими несущими и/или с использованием функции объединения несущих и выполнение различных операций со смежными участками спектра частот только в одной рабочей полосе частот
Таблица 2.2. Применимость тестовых конфигураций для тестирования параметров радиооборудования базовых станций, поддерживающих режим работы с несколькими несущими и/или с использованием функции объединения несущих и выполнение различных операций со смежными и несмежными участками спектра частот в одной рабочей полосе частот
Таблица 2.3. Применимость тестовых конфигураций для тестирования параметров радиооборудования базовых станций, поддерживающих работу с несколькими полосами частот
Примечание к таблицам 2.1 и 2.2: ETC2 применима только при поддержке режима работы с использованием функции объединения несущих и выполнении различных операций со смежными участками спектра частот.
Примечания к таблице 2.3: ETC1 и/или ETC3 должны применяться для каждой поддерживаемой рабочей полосы частот в соответствии с таблицами 2.1 и 2.2; ETC5 применяется только при поддержке режима работы с использованием функции объединения несущих и выполнении различных операций между рабочими полосами частот; ETC2 применима только при поддержке режима работы с использованием функции объединения несущих и выполнении различных операций со смежными участками спектра частот; ETC5 может применяться только для различных участков радиочастотного диапазона, из которых состоит полоса частот заданной ширины; тестовая конфигурация, предусматривающая режим работы с одной несущей (SC), применяется к каждому антенному коннектору при операциях как с несколькими, так и с одной рабочей полосой частот (в последнем случае прочие антенные коннекторы должны быть отключены); ETC5 применима для тестирования приемника только в режиме работы с несколькими полосами частот.
На рисунке 2.1 представлены возможные варианты использования функции объединения несущих.
Рисунок 2.1. Допустимые варианты использования функции объединения несущих
В пп. 6.1 спецификации ETSI TS 136.141 определены численные значения параметров физических каналов базовых станций (работающих как в режиме FDD, так и в режиме TDD соответственно), которые должны быть заданы перед началом тестирования при любой тестовой конфигурации. Данные параметры описываются тестовыми моделями (E-TM, E-UTRA Test Models). Каждая тестовая модель предназначена для тестирования определенной группы параметров передатчиков базовых станций. Установка мощности физических каналов относительно уровня мощности опорного символа должна производиться при максимальной погрешности +/– 0.5 дБ. В таблице 2.4 представлено соответствие групп параметров базовых станций тестовым моделям. Все E-TM должны соответствовать следующим обязательным условиям: тестовая модель определена для одного антенного порта, 1 кодового слова, 1 уровня, не предусматривает использование прекодирования, если не определено иное; кадр состоит из 10 подкадров (10 мс); используется нормальный циклический префикс; виртуальные ресурсные блоки локализованного типа, для канала PDSCH нет скачков в пределах подкадра; специальные опорные сигналы для абонентских станций не используются.
Таблица 2.4. Тестовые модели
Тестовые модели E-TM1.1 и E-TM1.2 отличаются значениями временных идентификаторов радиосети в зависимости от атрибутов физических ресурсных блоков. Зависимость приведена в таблице 6.1.2.8—1 пп. 6.1.2.8 спецификации ETSI TS 136.141.
2.1.2. Особенности проведения тестирования при различных конфигурациях базовых станций
В пп. 4.5 спецификации ETSI TS 136.141 соответственно определены особенности измерений значений параметров радиооборудования с учетом различных конфигураций передатчиков и приемников базовых станций, различных конфигураций питания, наличия дополнительных устройств и использования антенных решеток для формирования направленных лучей (beamforming). Если в описании теста конкретного параметра передатчика не указано иное, снимать показания измерений следует с ближнего тестового порта, который должен быть расположен на антенном коннекторе базовой станции. Под ближним тестовым портом понимается выход радиочастотного блока, соединенный коаксиальным кабелем со входом антенной панели. При использовании любых дополнительных устройств, например, внешнего усилителя мощности, внешних фильтров, либо их комбинаций, следует снимать показания измерений с дальнего тестового порта, расположенного на антенном коннекторе. Под дальним тестовым портом понимается выход ближайшего к антенной панели внешнего радиочастотного устройства, который соединяется коаксиальным кабелем со входом антенной панели. Часто производители размещают несколько антенных коннекторов на радиочастотном блоке. В этом случае требуется снимать показания всех измерений на каждом из коннекторов, если производитель не заявил, что все коннекторы являются эквивалентными по параметрам. Если такое заявление присутствует, то допускается производить все замеры при использовании только одного коннектора. Если в описании теста конкретного параметра приемника не указано иное, снимать показания измерений следует с ближнего тестового порта, который должен быть расположен на антенном коннекторе базовой станции. Под ближним тестовым портом понимается вход радиочастотного блока, соединенный коаксиальным кабелем с выходом антенной панели. При использовании любых дополнительных устройств, например, внешнего малошумящего усилителя, внешних фильтров, либо их комбинаций, следует снимать показания измерений с дальнего тестового порта, расположенного на антенном коннекторе. Под дальним тестовым портом понимается вход ближайшего к антенной панели внешнего радиочастотного устройства, который соединяется коаксиальным кабелем с выходом антенной панели. Относительно наличия нескольких антенных коннекторов на радиочастотном блоке даны указания, аналогичные тестированию параметров передатчика, но есть исключение. Для приемников базовых станций, работающих в нескольких диапазонах частот, съем показаний измерений избирательности по соседнему каналу, блокирования и уровня интермодуляций при воздействии помех с заданными характеристиками должен производиться на каждом антенном коннекторе, задействованном для приема полезного сигнала, но при использовании в процессе тестирования только одной антенны одновременно. В процессе съема показаний измерений с каждого такого коннектора прочие антенные коннекторы должны быть отключены.
Необходимые для проведения тестирования требования к радиооборудованию, приведенные в ETSI TS 136.141, подразумевают наличие в радиочастотном блоке базовой станции дуплексеров как составной части приемо-передающего оборудования. Однако некоторые производители не включают дуплексеры в состав своего оборудования, оставляя возможность применения данных устройств в качестве дополнительных опций. Для этого случая в пп. 4.5.3 спецификации определен ряд параметров, для которых обязательно проведение тестирования для двух конфигураций – как без дуплексеров, так и при их подключении соответственно. Такими параметрами являются: выходная мощность (пп. 6.2), нежелательные излучения в рабочей полосе частот, включая уровень защиты приемного оборудования базовой станции от излучений передающего оборудования (пп. 6.6), и уровень ослабления интермодуляционных составляющих на выходе передатчика (пп. 6.7). Тесты прочих параметров могут производиться только для одной какой-либо конфигурации. При проведении тестирования параметров приемника с использованием дуплексера важно обеспечить условия тестирования, при которых сигнал с выхода передатчика не будет влиять на тестовое оборудование. Для этого в спецификации рекомендовано использовать аттенюаторы, изоляторы и фильтры. Следует учитывать, что при использовании дуплексера возникают продукты интермодуляций. Генерация данных продуктов происходит не только в дуплексере, но и в антенной системе. Спецификации 3GPP никак не регламентируют измерение и компенсацию этого вида помех, поэтому для минимизации их влияния на каналы приема сотовым операторам рекомендовано при использовании дуплексеров для разделения трактов приема и передачи выбирать рабочий радиочастотный канал с учетом данного фактора.
Многие базовые станции поддерживают несколько различных конфигураций электропитания. Для них спецификацией ETSI TS 136.141 допускается проводить тестирование радиооборудования с использованием какой-либо одной конфигурации при наличии возможности продемонстрировать, что требуемый тестируемым оборудованием диапазон рабочих условий, который должен быть обеспечен для различных видов тестов, не меньше диапазона рабочих условий, обеспечиваемого любой из конфигураций. Под рабочими условиями понимаются такие условия, как: диапазон входных и выходных напряжений по постоянному току, диапазон значений выходного тока и температурный диапазон. Указанные диапазоны должны включать значения, при которых возможно обеспечить проверку тестируемых параметров при экстремальных условиях.
Требования, указанные в спецификации ETSI TS 136.141, должны выполняться при наличии вспомогательных радиочастотных усилителей. При проведении тестирования параметров радиооборудования в соответствии с пунктами 6 и 7 данные усилители должны быть подключены к базовой станции посредством соединительной сети. В составе этой сети должны быть предусмотрены аттенюаторы для внесения определенной меры затухания с целью моделирования реальных условий эксплуатации. Диапазон, из которого выбирается значение затухания в соединительной сети, определяется производителем базовой станции. Прочими характеристиками соединительной сети, включая зависимость затухания от температуры окружающей среды, можно пренебречь. Фактическое значение затухания в соединительной сети выбирается для каждого теста в качестве одного из экстремальных условий. При этом, если не указано иное, необходимо использовать минимальное значение затухания. Если вспомогательные радиочастотные усилители предусмотрены производителем как дополнительная опция, не включенная в основной состав оборудования базовой станции, необходимо дополнительно провести все вышеуказанные тесты при отсутствии данных усилителей. В пп. 4.5.5 спецификации указано, для каких параметров радиооборудования требуется проводить тестирование как при отсутствии вспомогательных радиочастотных усилителей, так и при их наличии. Такими параметрами передатчика являются: выходная мощность, занимаемая полоса частот, коэффициент утечки мощности в соседний канал, величина нежелательных излучений в рабочей полосе частот, величина побочных излучений и уровень ослабления интермодуляционных составляющих на выходе передатчика. Для приемника подобными параметрами будут являться: эталонная чувствительность, блокирование, уровень паразитных излучений и уровень интермодуляций. Для тестов выходной мощности передатчика и эталонной чувствительности приемника необходимо устанавливать наивысшее значение затухания в соединительной сети из указанного производителем диапазона значений. Также указано, что комбинировать использование вспомогательных радиочастотных усилителей для передатчика и приемника возможно для всех приведенных параметров, кроме уровня интермодуляций приемника. При проведении тестирования с использованием вспомогательных радиочастотных усилителей допускается применение дуплексеров.
В соответствии с требованием, указанным в пп. 4.5.6 спецификации ETSI TS 136.141, при тестировании параметров радиооборудования базовых станций, использующих встроенный Iuant-модем, данное устройство должно быть отключено, если не указано иное. Однако для проведения испытаний радиооборудования таких базовых станций на побочные и паразитные излучения в соответствии с пп. 6.6.4 и 7.7 спецификации ETSI TS 136.141 Iuant-модем должен быть включен. Следует уточнить, что логический интерфейс Iuant является внутренним интерфейсом базовой станции, посредством которого осуществляется взаимодействие между антеннами с удаленным электрическим управлением углом наклона диаграммы направленности (RET, Remote Electrical Tilting) и управляющим блоком радиочастотных усилителей, установленных на антенной мачте базовой станции (TMA, Tower Mounted Amplifier) при выполнении процессов, связанных с удовлетворением требований к задержке передачи, а также требований к эксплуатации и техническому обслуживанию (O&M, Operation and Maintenance).
Для базовых станций, использующих антенные решетки (например, управляемые АФАР, Активные Фазированные Антенные Решетки) для формирования направленного луча (beamforming), должны выполняться дополнительные требования к процедурам тестирования каждого параметра радиооборудования, указанные в пп. 4.5.7 спецификации ETSI TS 136.141. При тестировании параметров передатчиков таких базовых станций необходимо, чтобы сумма мощностей сигналов, подаваемых на все используемые для передачи антенные коннекторы, была равна заявленной в спецификации мощности тестового сигнала. Тестирование уровня ослабления интермодуляционных составляющих на выходе передатчика может выполняться отдельно для каждого указанного антенного коннектора. При тестировании параметров приемников необходимо, чтобы сумма мощностей сигналов, поступающих на все используемые для приема антенные коннекторы, была равна заявленной в спецификации мощности тестового сигнала. Тестирование уровня паразитных излучений приемника может выполняться отдельно для каждого указанного антенного коннектора.
2.1.3. Особенности структуры построения описания методов тестирования
Для проведения анализа методов тестирования параметров радиооборудования базовых станций необходимо ознакомиться со структурой описания каждого вида теста, используемой в ETSI TS 136.141. Стандартный формат описания включает в себя следующие пункты: оглавление, основные определения и применимость теста, минимальные требования (имеются ввиду требования без учета максимально допустимых погрешностей измерений; здесь указывается ссылка на соответствующий пп. ETSI TS 136.104), цель тестирования, метод тестирования и тестовые требования (учитывают максимально допустимые погрешности измерений). Пункт, описывающий метод проведения теста, делится на подпункты описания исходных условий и порядка проведения тестирования. Ввиду особой важности этого пункта для данной работы, рассмотрим его подробно.
Исходные условия определяют выбор параметров среды тестирования из приведенных в приложении D спецификации ETSI TS 136.141, какие радиочастотные каналы тестировать (имеется в виду выбор нижнего, среднего или верхнего положения максимальной поддерживаемой полосы частот в каждом поддерживаемом рабочем диапазоне) и основное измерительное оборудование. При определении спектрального расположения тестируемых радиочастотных каналов для базовых станций, поддерживающих работу с несколькими несущими и/или с использованием функции объединения несущих, если в описании теста не указано иное, следует руководствоваться рекомендациями, приведенными в пп. 4.7.1 и 4.7.2 спецификации ETSI TS 136.141. В примечаниях к описанию исходных условий часто дается ссылка на конкретную схему организации рабочего места для проведения определенного вида теста. Набор таких схем приведен в приложении I спецификации ETSI TS 136.141. Если какой-либо из тестов следует производить при экстремальных условиях, то дается уточнение, какие именно параметры устанавливать на максимальное значение.
Порядок проведения тестирования описывает шаги, необходимые для выполнения теста, и предоставляет более подробную информацию непосредственно о самом тесте.
В данном подпункте указано, какая E-TM должна использоваться для предустановки параметров физических каналов при проведении тестирования конкретного параметра радиооборудования, описаны метод измерения тестируемого параметра с учетом режима работы базовой станции, необходимые расчетные формулы и соотношения. Если в описании требуется провести тестирование для каждой из поддерживаемых базовой станцией полос частот, спецификацией допускается проведение испытаний только при самой низкой и самой высокой из них (при наличии заявления производителя, что требования к параметрам радиооборудования для всех прочих полос частот также выполняются).
Спецификация ETSI TS 136.141 определяет методы тестирования параметров радиооборудования для базовых станций всех классов мощности. Класс мощности базовой станции определяется в соответствии с пп. 4.2 данной спецификации. Если тестирование какого-либо из параметров подразумевает наличие особых условий для базовой станции определенного класса мощности, то соответствующий пункт спецификации дополнительно включает в себя подпункт, содержащий полное изложение метода с учетом данных условий.