一种小微站高保真模拟测试系统的设计与实现

李晓良，赵培

1 引言

移动通信模拟测试是制定科学、准确的网络设计方案的有力保障。在街道站、底层站、室内分布系统等深度覆盖场景中，信号覆盖情况难以通过传播模型进行预测评估。通常需要利用模测系统，在真实场景中发送与接收模拟信号，进行覆盖效果的预测。

传统移动通信模测系统主要存在以下几方面的问题：

（1）受连续波采样李氏定理的习惯影响，传统模测系统通常采用窄带连续波信号，非真实宽带调制信号，该方式在小尺度衰落明显的微观场景中指导性不足。

（2）分布式小微站的应用日渐广泛，但传统模测系统是单点源发射，无法模拟多点源收发分集效果。

（3）传统模测收发设备各自专用，体积较大，两人操作，效率较低，只能在少量典型场景下以抽样方式开展，不适于差异大且数量多的小微站场景。

针对上述问题，本文提出了一种可发射高保真小微基站信号的便携式测试系统方案，解决了信号的高保真及设备的便携性问题[1]。收发终端均基于商用终端芯片制造，可模拟小微基站发送高保真的真实导频信号，可实现与实际网络完全一致的模测数据收集，进而指导深度覆盖场景下的网络规划与优化。此外，该设计方案基于一种时基信号的获取与同步技术，解决了模拟小微站分布式多点源场景的收发分集问题，可构造分布式网络覆盖场景。

目前小微站高保真模测系统已在中国移动设计院13个分院、6个项目组、2个设计部推广使用，并且已在辽宁移动、广东移动、重邮信科设计院等单位进行试点应用，应用涵盖模拟测试、优化补点、室分验收等不同工作场景。

2 移动通信模拟测试系统同类对比

目前，国内外模测系统主要包含以下两种模式：一种是信号源配扫频仪的模式，一种是集成的综合性室分专用仪表。现将本课题自主研发的小微站高保真模测终端与上述模测系统典型设备进行技术对比。表1为模拟测试系统同类技术参数与指标的对比：

表1 模拟测试系统同类技术参数与指标对比

3 小微站高保真模拟测试系统技术方案

小微站高保真模测系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分包含发送终端、接收终端、勘察便携支架等，软件部分包含APP及PC软件两部分。该模测系统基于便携式仪表架构关键技术，提出了一种受控于中央控制台的模拟测试系统设计方案，能够以更低的成本实现小型化模拟测试的目的，并且显著减小模测系统体积，提高系统便携性[1]。与此同时，该系统可模拟4G基站发射TD-LTE下行公共信号，利用模测终端在TD-LTE制式下可进行RSRP、RSRQ、SINR等参数测量。此外，基于一种时基信号的获取与同步技术[2]，模拟测试终端可根据现网小区信号时基发射时基校准，进而实现信号同步，解决了现有技术中存在的室内模拟信号源无法实现与现有时分通信系统的精确同步的问题。

3.1 信号收发与测量

发送终端代表网规网优的拟选站址，负责模拟基站发送LTE下行公共信号。发送终端设计指标如表2所示：

表2 发送终端功能指标

在该系统中，用户可以通过OTG方式连接手机与发送终端、手机与接收终端，利用手机客户端完成发送端和接收端的各种参数选择、配置，实现模测控制。可通过手势识别来实现室内信号测试结果的打点功能，可便捷地实现数据记录、数据统计分析等功能，提高模测效率。设备连接图如图1所示，小微站高保真模测系统实际工作场景如图2所示。

3.2 室内路测和定点测试

模拟测试可分为定点测试和连续测试。定点测试是目前比较普遍的测试方法，在测试过程中手动记录指定几个点位的测试结果，获得有限测试数据。连续测试是通过测试分析软件，自动记录整个测试路径上的测试结果，信息量大，但目前连续测试多通过手提电脑实现，携带极不方便。

图1 手机与接收终端连接图

小微站高保真模测终端基于安卓应用软件可在手机界面导入自定义图层，在图层上对现网TD-LTE小区或模测小区信号强度RSRP连续打点，并可保存打点数据及图片，对测量参数进行统计分析。

具体打点过程如下所述[3]：

（1）导入楼层平面图。用户能够导入自定义的楼层平面图，可在手机屏幕上放大或缩小平面图，图片格式可兼容png、jpg、vsd、dxf（cad图纸标准交换格式）等。选择要导入的楼层平面图文件之后，到平面图正确显示所需的时间小于1 s。

（2）打点选择。用户可选择对驻留小区RSRP打点或对指定监测小区RSRP打点。

（3）测试过程。用户在楼层平面图上手动点击确定测试位置，边走边开始记录接收到的信号强度。记录的数据按对应的颜色图例按照时间间隔平均分布在第一个点和第二个点之间，继续边走边记录信号强度，直到点击结束按钮为止。测试结束后，在楼层平面图上输出测试结果，并保存测试信号强度文件和打点图片。

图2 小微站高保真模测系统实际工作场景

（4）统计分析。测试结束后可对测量参数进行统计分析，显示统计列表。

图3为APP室内路测及数据分析界面。

3.3 模测报告自动生成功能

小微站高保真模测系统可以根据测试过程中产生的过程数据，通过PC端软件自动生成测试报告，提高设计出图效率。

图4是利用PC软件生成模测报告的软件界面截图。

4 模测终端精度验证

4.1 接收终端RSRP估计精度测试

将艾法斯LTE协议分析仪7100作为基站模拟器发送LTE信号，小微站高保真模测系统接收端通过有线方式连接至艾法斯LTE协议分析仪接收LTE信号。测试场景的搭建如图5所示：

图3 APP室内路测及数据分析界面

图4 模测报告自动生成软件界面

图5 实验测试场景

由于发送端和接收端之间通过有线连接（线损经验值X约为1～2 dB），如果信号源发送功率为-68 dBm，那么到信号源接收端口真实功率为Y=-68－X。

通过表3的测试结果可见：不同频点下，模测接收终端RSRP测量值均与真实值（-68 dBm－X）接近，且不同频点之间的RSRP波动误差在1 dB左右。

在相同发射功率情况下（-68 dBm），修改艾法斯协议分析仪发送信号所处频点，小微站高保真模测系统接收端分别对不同频点下的发射数据进行RSRP性能估计测试。测试结果如表3所示。

4.2 发送终端精度测试

小微站高保真模测系统发送端发送LTE信号，Agilent Technologies MXA Signal Analyzer （N9020A）作为接收终端通过有线方式（线损经验值X约为1～2 dB）与发送端相连。

在相同发射功率（参考信号功率为12 dBm）情况下，修改模测发送终端发送信号所处频点，Agilent Technologies MXA Signal Analyzer分别对不同频点下的发射数据进行RSRP测试。表4为发送终端精度测试结果。

表3 接收终端RSRP估计精度测试结果

表4 发送终端精度测试结果

通过表4的测试结果可见：不同频点下，Agilent Technologies MXA Signal Analyzer（N9020A）扫出发送终端的RSRP强度指标均与真实值（-12 dBm－X）接近，且不同频点之间的RSRP波动误差在1 dB左右。

4.3 外场空口测试

利用LTE小型化模测终端对公网信号进行测量，与商用终端在TD-LTE同一小区测量值相当。

图6为在金泉湾大酒店大堂使用小微站高保真模测系统对TD-LTE信号测量值与商用数据卡对TD-LTE信号测量结值对比图：

图6 测量值对比

通过以上三方面测试验证，小微站高保真模测系统发送信号精度与接收精度均符合模测场景对设备指标的要求。

5 系统推广与应用

目前小微站高保真模测系统已在中国移动通信集团设计院有限公司13个分院、6个项目组、2个设计部投入使用，并且已在辽宁移动、广东移动、重邮信科设计院等单位试点应用，应用涵盖模拟测试、优化补点、室分验收等不同工作场景。

6 结束语

中国移动通信集团设计院有限公司自主研发小微站高保真信号模拟测试系统，解决了模测信号高保真及设备便携性的问题，在模测系统精确性、小型化、高效化方面起到了重要的推进作用。相比传统模测系统，单站点可节约模拟测试时间和网络优化的选点时间约50%。该方案同样适用于FDD制式通信系统以及未来5G系统的小微基站场景。2016年底，该系统设计方案荣获中国电子学会科学技术进步三等奖。

[1] 李晓良,赵培. 一种小型化模测系统[P]. 中国专利:CN201520849289.4, 2015-10-29.

[2] 赵培,朱明,吴兴耀,等. 小型化模测终端的关键技术及测试验证[J]. 电信工程技术与标准化, 2014(3): 68-72.

[3] 李晓良. 先进室内模测系统[Z]. 计算机软件著作权, 软著登字第1258362号, 2015-04-30.★