無線網絡側用戶數(shù)據(jù)處理的流程

圖1-1 3GPP LTE網絡的用戶面協(xié)議棧

　　圖1-1是3GPP LTE網絡的用戶面協(xié)議棧 [1]。左邊藍色框內是無線網絡側的用戶面協(xié)議棧。下行數(shù)據(jù)從核心網傳輸?shù)交緜群螅涍^PDCP層、RLC層和MAC層的封裝映射到物理層上，再通過空口傳輸?shù)経E側。UE側經過相應層的解封裝后，得到下行的數(shù)據(jù)包。

　　PDCP層從上層接收數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行壓縮和加密，然后再轉發(fā)到RLC層。RLC層根據(jù)底層傳輸塊大小對上層PDU進行分段，然后通過確認模式、非確認模式或者透明模式傳輸?shù)組AC層，并通過ARQ機制進行錯誤修正。MAC層實現(xiàn)了UE間的動態(tài)調度，能通過HARQ進行錯誤糾正以及實現(xiàn)傳輸塊格式的選擇等功能。物理層為MAC層和高層提供信息傳輸?shù)姆?。?strong>TD-LTE系統(tǒng)中，MAC層和物理層的配置和功能直接影響了用戶的下行流量。     

　　下行用戶數(shù)據(jù)在MAC層是承載在傳輸信道DL-SCH上的。當基站發(fā)射數(shù)據(jù)的天線多于一根時，MAC層會將接收到的上層數(shù)據(jù)分成兩個比特流。圖1-2是傳輸信道DL-SCH在MAC層的一個比特流的處理流程 [2]。每一個比特流需要被附加24比特的CRC校驗位，然后再進行比特加擾。如果比特流的大小大于傳輸信道的最大長度，比特流就會被分割成多個碼塊，每一碼塊都要加24比特的CRC校驗位。經過碼塊分割后，每一個碼塊都要進行信道編碼。DL-SCH傳輸信道使用的是Turbo 1/3 編碼方式。編碼后的數(shù)據(jù)進入HARQ軟比特緩沖器后，進行HARQ的功能處理。從HARQ軟比特緩沖器輸出的比特流進行二次交織后，與控制信息復用，然后再映射到物理信道上。

圖1-2傳輸信道DL-SCH在MAC層的處理流程

　　圖1-3是物理信道PDSCH上兩個碼字的處理流程 [3]。首先，將傳輸信道DL-SCH上的碼字進行加擾，然后再進行調制。PDSCH的調制方式可以是QPSK、16QAM或64QAM。經過調制后的碼字是復值的調制符號，這些符號又會映射在一個或者多個的空間層上。在LTE系統(tǒng)中，空間復用可以有1、2、3或4層。每一層的復值信號經過預編碼后映射在為這個PDSCH分配的資源單元上，然后再經過OFDM調制，被發(fā)送到天線端口上。

　　下行流量的潛在影響因素

　　用戶面數(shù)據(jù)的處理流程描述了物理層和MAC層對用戶數(shù)據(jù)的處理過程。物理層的配置決定了系統(tǒng)最終能夠為用戶提供的物理承載能力，而這些物理承載中映射的用戶信息比特數(shù)是由MAC層所采用的編碼率、調制方式以及是否有數(shù)據(jù)重傳等因素決定的。所以，下面分別從物理層和MAC層分析影響下行流量的因素。

　　D-LTE系統(tǒng)物理層的用戶傳輸能力

　　圖2-1是TD-LTE的幀結構 [3]。一個無線幀的長度是10ms，由兩個結構一樣的半幀組成，每個半幀中有五個子幀。子幀1是特殊時隙，用來傳輸DwPTS、GP和UpPTS。子幀0和子幀 2分別固定用作下行和上行。子幀 3和子幀4可以用作上行或者下行。

圖2-1 TD-LTE幀結構

　　下行物理信道有物理下行共享信道（PDSCH），物理廣播信道（PBCH），物理控制格式指示信道（PCFICH），物理下行控制信道（PDCCH），物理HARQ指示信道（PHICH）。每一個下行物理信道都是一系列的資源粒子RE的集合。除此之外，物理層上還有一些資源單元不對應物理信道，只是傳輸下行物理信號，其中包括參考信號和同步信號。在這些所有的物理資源上，只有PDSCH是用來傳輸用戶數(shù)據(jù)的。表2-1舉例說明了物理信道PDSCH在特定系統(tǒng)配置下能夠提供的最大資源單元 (RE)。

表2-1 物理信道PDSCH基于特定系統(tǒng)配置下可用的資源單元

　　物理信道PDSCH可用的資源單元的數(shù)量直接影響了用戶的下行流量。所以，物理層對下行流量的影響是在于不同的系統(tǒng)配置。這些配置因素包括帶寬、多天線技術、上下行時隙比、下行控制信道的OFDM符號數(shù)(CFI)和特殊時隙的配置。表2-2是這些影響因素的常用配置。

表2-2 物理層對下行流量的影響因素及常用配置

　MAC層影響下行流量的因素分析

　　MAC層的數(shù)據(jù)傳輸是通過HARQ的多個進程來實現(xiàn)。每個HARQ進程就是一個輸入數(shù)據(jù)比特的緩沖器。輸入的數(shù)據(jù)流經過速率匹配后，與PDSCH上能夠傳輸?shù)谋忍財?shù)匹配。系統(tǒng)會根據(jù)UE反饋的ACK/NACK后，決定發(fā)送新的數(shù)據(jù)還是重傳舊的數(shù)據(jù)。對于每次重傳，使用不同的信道冗余版本，這些冗余版本是預先定義好的。所以，HARQ進程數(shù)，最大重傳次數(shù)和冗余版本的設置直接影響了下行數(shù)據(jù)的傳輸速率。

　　MAC層還有對用戶面數(shù)據(jù)處理的控制功能，即鏈路自適應功能。MAC層根據(jù)UE反饋的信道質量指示，RI的指示和ACK/NACK的上報，決定為該用戶分配的傳輸塊大小、編碼率和調制方式。信道編碼率是下行信息比特數(shù)與PDSCH物理信道比特數(shù)的比值 [4]。

　　Coderate = Nsys / NRM

　　Coderate是信道編碼率。Nsys 是在一個TTI內用戶信息的比特數(shù)。NRM是經過速率匹配后映射到物理信道PDSCH上的比特數(shù)。NRM 用 RM (Nphy) 表示。Nphy 是物理信道PDSCH能夠傳輸?shù)谋忍財?shù)。

　　Nphy = NRE * RI * Nmod

　　NRE是物理信道PDSCH所占的資源單元數(shù)。RI是數(shù)據(jù)傳輸在空間的級數(shù)，可以取1或者2。當天線采用發(fā)射分集的方式時，RI等于1。當天線采用空分復用的方式時，RI等于2。Nmod是一個調制符號所代表的比特數(shù)。Nmod可以取2，4或者6，分別對應的是 QPSK，16QAM或者是64QAM的調制方式。

　　所以，Nsys = coderate * RM (NRE * RI * Nmod)。其中NRE與系統(tǒng)的基本配置相關。RI、Nmod和coderate的取值和鏈路自適應的功能相關。

　　基于以上分析，MAC層對單用戶下行流量的影響體現(xiàn)在特定系統(tǒng)配置和不同的信道環(huán)境下，鏈路自適應功能和HARQ功能的實現(xiàn)，如圖2-2所示。

圖2-2 MAC層對下行流量的影響因素和常用配置

　　下行流量在組網測試中的測試案例選擇

　　在測試學的理論中，覆蓋測試常用的測試模型有：block coverage、branch coverage、C-use coverage、P-use coverage、DUD-chains和DU-pairs。圖3-1表示的是不同的覆蓋測試模型下 [5]，覆蓋率和檢測出的缺陷數(shù)之間的關系。從圖中可以看出，即便是在效率最高的blocks coverage模型下，覆蓋率在達到85%左右后，檢測出的缺陷數(shù)基本保持不變。所以，測試不是追求100%覆蓋，而是要在一定的時間和成本下，尋找到一套有效的測試方法來保證產品的質量。這種測試理論同樣適用于運營商的組網測試。

圖3-1 覆蓋率和檢測出錯誤數(shù)的關系

　　組網測試主要是針對TD-LTE系統(tǒng)在實際應用的網絡中最常規(guī)和最大量應用的場景進行測試。理想信道下的測試衡量的是系統(tǒng)最大的傳輸能力。非理想信道下的測試反映了近似于真實環(huán)境下的系統(tǒng)傳輸能力。下面分別在這兩種測試環(huán)境下，結合上述對下行流量影響因素的分析，選擇了一組核心的測試案例，如表3-1和表3-2所示。其中包括測試目的、系統(tǒng)配置、測試方法以及預期的測試結果。這些測試案例中選取的系統(tǒng)配置可以根據(jù)實際網絡的需求情況，作出相應的調整，以便測試能夠更好地為組網應用提供保障。   

表3-1下行流量在理想信道環(huán)境下的核心測試案例

表3-2下行流量在非理想信道環(huán)境下的核心測試案例

　　總結

　　從測試理論來看，測試不是追求100%覆蓋，而是要根據(jù)特定的測試目的，尋找到一套有效的測試方法來保證產品的質量。 TD-LTE系統(tǒng)組網測試應該主要是針對實際應用的網絡中最常規(guī)和最大量應用的場景進行測試。本文從理論上分析了物理層和MAC層對下行流量的主要影響因素和常用配置，提出了運營商組網測試中理想信道環(huán)境下和非理想信道環(huán)境下針對下行流量的核心測試案例，其中的系統(tǒng)配置可以根據(jù)運營商具體的網絡應用需求作出調整。這些測試案例可以作為運營商TD-LTE網絡入網測試時針對下行流量測試的主要測試案例。