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目錄

成立背景 .............................................................................................................. 2 技術定位 ............................................................................................................................3 學術研究重點 ....................................................................................................................3 預期效益與歷年成果 ........................................................................................................5

核心重點 .............................................................................................................. 7 Stage1:Conformance Test ...............................................................................................9 Stage2:Interoperability Test ..........................................................................................12 Stage3:Over-The-Air Test ...............................................................................................18 Stage4:Field Trial ............................................................................................................21 Application Execution Platform ........................................................................................24

實驗室環境介紹 ................................................................................................ 27 服務項目總表 .................................................................................................... 28

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成 立 背 景

成立背景 國立交通大學寬頻行動通訊實驗室 (Broadband Mobile Lab , BML) 於 2011 年 6 月成立。實驗室發 展 4G 測試技術及應用技術。測試技術以 TD-LTE (LTE TDD) 為切入點、亦包括 LTE FDD 並且以 LTE-A 為 目標,協助台灣通訊終端裝置和晶片設計廠商加速產品研發時程,以利產品輸出至中國大陸與國際 市場。而應用技術以智慧型裝置行動擴增實境 (Smart Device-Mobile Augmented Reality; SD-MAR) 為主 軸,發展相關應用如 Navigation、Tour Guide 以及 Collaborative Urban Design。 產學合作重點為提供 LTE 測試驗證服務與技術,以協助我國通訊終端裝置和晶片設計廠商,加速 產品研發並取得市場先機。目前的贊助與合作伙伴包括中華電信研究院、中國移動、諾基亞西門子 電信、美商高通、廣達、智易科技、工研院資通所、安捷倫、羅德史瓦茲、華為、聯發科、亞旭等, 期望透過第四代行動寬頻測試與應用環境的建立,促進我國第四代行動終端與寬頻產業之蓬勃發展。 第四代行動寬頻測試與應用環境包括了基地台模擬器的一致性測試 (Conformance Test),真實基 地台的互通測試 (Interoperability Test; IOT),無反射電波暗室 MIMO OTA 測試 (Multi-Input Multi-Output Over-The-Air),以及校園路測環境 (Field Trial),針對各種使用情境與應用服務設計測試項目。交大 研究團隊研發先進的測試方法與測試工具,包括:自動化測試技術、真實情境重現技術、使用者體 驗品質評估標準、Circuit Switched Fallback (CSFB)、VoLTE 等等,提供 4G LTE 終端產品 (e.g. Dongle、 Smartphone、Router) 研發過程所需之測試環境,協助廠商從天線設計、基頻處理、系統整合等不同 層面來找出產品問題。此外,結合交大既有的真實流量 (RealFlow) 測試技術,未來將發展路測實境重 建方法與系統 (In-Lab Field Trial) 測試技術,重製真實環境路測情境於實驗室內部,如此可大幅降低電 信營運商及終端設備商進行路測所需耗費成本。 在應用技術研發方面,以所建立之 4G LTE 網路平台作為應用執行與驗證,研發 SD-MAR 相關應 用例如室內導覽與室外導航,SD-MAR 應用執行程序包括 Smart Device 由攝影元件抓取到 Image 之後 藉由網路將 Image 上傳到 Cloud Server,Cloud Server 對 Image 進行 Feature Extraction 萃取出特徵值後 與 Database 資料進行 Pattern Matching,最後 Smart Device 將搜尋比對結果透過網路下載回來後進行 Process and Display。此類應用必須透過 4G LTE 的高傳輸速度與低延遲特性,搭配上下行頻寬配置才 能達到良好使用者體驗。 國立交通大學第四代行動寬頻測試與應用研發環境不斷完備各項測試設備,研發先進之測試技 術,目前已協助國內多家通訊終端和晶片設計廠商之產品研發 ( 如廣達、智易、聯發科、亞旭、合勤、 盟創、正文、啟碁、達創、智捷等 )。基於交大與中國移動通信研究院及工信部電信研究院泰爾實驗 室的合作,促使第四代行動寬頻測試與應用環境更接近於中國大陸市場的入庫與入網測試規範內容, 讓廠商可就近於交大進行測試大幅節省通訊終端業者輸出產品所需花費的人力時間與經費。

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技術定位  4G LTE 測試技術與應用技術。  測試技術以 TD-LTE 為切入點,亦會包括 LTE FDD,並以 LTE-A 為目標。 建立 4-stage 測試程序,包括 Conformance、IOT、MIMO OTA 及 Field Trial。  應用技術以智慧型裝置行動擴增實境為主軸 (Smart Device-Mobile Augmented Reality; SD-MAR),其中包括 Navigation Application for Indoor Environment、Navigation Guide for Outdoor Environment 及 Collaborative Urban Design。

學術研究重點 測試技術研發計畫架構圖如下圖所示共有三個分項,包括分項一「射頻測試技術研發與建置」、 分項二「通訊協定測試技術研發與建置」以及分項三「行動應用服務測試技術研發」。

第四代行動寬頻測試技術研發計畫架構圖

分項一的工作重點包括 LTE 射頻一致性測試技術、MIMO OTA 測試技術、LTE TDD/FDD 共存測試 技術、通訊系統共存射頻干擾測試技術 ; 分項二的重要工作包括 LTE 通訊協定一致性測試技術、LTE 通訊協定電信運營商互通性測試 (Operator InterOperability Test, OIOT) 測試技術、Small cell 與 Macro/ Micro cell 共存測試技術以及異質網路整合測試技術 ; 分項三的重要工作包括 IMS、VoIP、IPTV、 Web、File Transfer、CSFB、SRVCC、VoLTE 應用服務測試技術、Smartphone-based 應用服務與真實流 量 (RealFlow) 測試技術、All-IP Network 應用服務測試規範與環境建置。

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成 立 背 景

應用技術研發計畫架構圖如下圖所示,包括總計畫與四個子計畫。總體目標是要在 4G 寬頻行動 通訊系統 (Broadband Mobile Systems, BMS) 環境下,以智慧型裝置為平台,從事研究並建立行動擴增 實境 (Smart Device-based Mobile Augmented Reality, SD-MAR) 技術與開發應用。

SD-MAR on 4G BMS 計畫架構圖

總計畫重點工作包括 4G BML 環境建置與 SD-MAR 應用展示 ; 子計畫一重點工作包括定義和設計 SD-MAR API、定義和設計 SD-MAR Layered Architecture 以及 Optimal Architecture & API; 子計畫二重點 工作包括應用行動擴增實境技術作室內空間導覽與室外園區導覽與 ; 子計畫三重點工作包括探討在 4G BMS 環境下所研發 SD-MAR 應用之 QoS 議題與需求,以及評估、量測、並分析 4G BMS 網路系統 效能用在 SD-MAR 應用之開發 ; 子計畫四重點工作包括協同都市設計需求分析、都市模擬內容製作以 及 SD-MAR 輔助協同都市設計系統與介面設計。

相關研究議題如下 :  Performance Measurements of TD-LTE, WiMAX and 3G Systems  Low-Storage Capture and Loss-Recovery Selective Replay of Real Flows  Analysis of DRX Power Saving with RRC States Transition in LTE Networks  Performance Evaluation of LTE eSRVCC with Limited Access Transfers  An IP-based Packet Test Environment for TD-LTE and LTE FDD

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 UE Performance Evaluation on LTE Indoor and Outdoor Testbeds  Comparison of MIMO OTA Tests on Wi-Fi Device Using TGn, SCME, and WINNER+ Channel Models  MAR Performance Evaluation on Various Radios with Channel Emulators

預期效益與歷年成果 預期效益 1. 取得 TD-LTE 營運商授權成為 TD-LTE 終端產品之 Pretest Certification 認證實驗室。 2. 建立 4-stage 測試環境,其中包括 Conformance、MIMO OTA、IOT/OIOT 與 Field Trail 測試環境。 3. 建立自動化與客製化之測試工具。 4. 推動應用服務互通測試,成為兩岸在行動寬頻應用服務平台的開發測試環境。 5. 改善通訊連線傳輸品質的分析與研究。 6. 推動兩岸 TD-LTE 及 LTE-A 人才交流及合作。

歷年成果  台灣第一座 MIMO OTA Testing Environment with a Large Scale Chamber。  台灣第一個 TD-LTE Experimental Field Trial。  超過 20 家終端廠商、超過 2000 小時進行測試服務。  協助電信營運商中華電信進行 LTE(TDD) QoS/QoE 和系統效能評估與分析。  協助電信營運商全球一動進行 IOT 和 WiMAX/TD-LTE Co-existence 測試。  中國大陸工信部電信研究院泰爾實驗室前來交大合作進行 CTIA MIMO OTA 國際規範測試。  耕興科技前來交大合作進行 CTIA MIMO OTA 國際規範測試。

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成 立 背 景

交通大學第四代行動寬頻測試實驗室 ( 寬頻行動通訊實驗室 ) 2011 年 6 月 22 日 ( 三 ) 啟用典禮

本圖為 2011 年 6 月 22 日於交大所舉行的開幕剪彩儀式,贊助代表及貴賓依順為 ( 由右而左 ) : 中華電信 涂元光所長、R&S 蔡吉文總經理、NSN 潘波副總裁、中國移動 李正茂副總裁、交通大學 林寶樹主任、交通大學 林一平副校長、NCP 總主持人 吳靜雄教授、中國工信部 奚國華副部長、 Qualcomm 沈勁副總裁、Agilent 張志銘董事長、廣達 張嘉淵院長。

第四代行動寬頻測試實驗室 ( 寬頻行動通訊實驗室 )

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核心重點 測試技術 本實驗室之核心重點測試技術研究開發共有四階段,包括 Stage-1「射頻與協定一致性測試 (Conformance Test)」、Stage-2「真實基地台互通性測試 (Interoperability Test; IOT)」、Stage-3 的「天 線 OTA 量測 (Over-The-Air Test)」,以及 Stage-4「校園路測 (Field Trial)」。 Stage-1 Conformance Test 利用基地台模擬器透過 RF Cable 與終端裝置 (UE) 串接,模擬器後端連 接應用程式伺服器,以測試終端的基本功能是否正常、是否有符合標準規範。在 UE 與基地台模擬器 之間可以串接訊號分析儀等設備協助分析,屬於產品開發驗證階段的實驗平台,如果通過則可進入 Stage-2。Stage-2 Interoperability Test 利用實際基地台與核心網路測試終端裝置。

四個階段的終端測試程序

因為各家廠商對標準的解讀可能有所不同,故不同廠商的終端與局端設備不一定能正確地溝通 或造成效能低落等現象。因此 Stage-2 測試時終端與基地台之間的介面可以視需要選擇 Cable 或 Air Interface,以觀察互通性與效能方面的問題。Stage-3 Over-The-Air Test 是要量測終端裝置整合天線後 的整體表現,測試環境包括無反射電波暗室及通道模擬器,此測試環境可以調整基地台所送出的訊 號強度以模擬相對距離,並產生車載移動行為或室內環境所造成的都普勒效應與多路徑效應等影響。 Stage-4 Field Trial 則是在交大建立商用等級之實驗網路,提供學生網路環境,讓終端產品廠商有真實

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核 心 重 點

路測環境可使用。值得一提地方,在於 Stage-4 路測過程中可使用通信協定分析工具對真實世界無線 通道情況進行紀錄分析,然後將分析結果輸入 Stage-3 OTA 測試環境來進一步重製出真實世界路測通 道環境,此方法技術預期可大幅降低電信營運商及終端設備商所需耗費的路測成本。

應用技術 擴增實境(Augmented Reality,簡稱 AR),是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度並加上 相應圖像或文字的技術,這種技術的目標是在螢幕上把虛擬世界及額外資訊套用在現實世界並進行 互動。而 Mobile Augmented Reality (MAR) 則是將 AR 技術運用於智慧型行動裝置。下圖例子是擴增顯 示了該書藉在網路書店上的價格資訊。

3G/3.5G 行動通訊系統傳輸速率 (Data Rate or Throughput) 太低,且整體系統延遲太長,以致 MAR 無法做到即時性和滿意的互動,是故也無法有效的運用雲端伺服器之龐大運算能力和大量資料 儲存的功能。而 4G LTE 具有下列四種特性 : 1. High data rate (Throughput) – 15 Mbps ~100 Mbps 2. Low delay (Latency) – 20 ms ~ 40 ms 3. High mobility – 350 km/h ~ 500 km/h 4. IP-oriented 下圖表達在現有之 3G/3.5G 行動通訊網路架構下,執行 MAR 應用程式的過程圖,在此情況下智 慧型裝置 (Smart Devices or Terminals, SD) 須負責所有的運算,而另一圖則為在 4G LTE 的環境下使用了 雲端運算和儲存功能,將可大幅度的改善上圖的限制,使得系統由 Standalone 的架構轉變為 Clientserver 的架構,促使未來研發的 MAR 應用,會更多更好且更有彈性。

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上述 4G LTE 優點可做到即時且精準之導覽系統,實驗室將進一步研究如何有效的調配 Downlink 和 Uplink 的頻寬比率,以及藉由創新的網路架構與系統,將可使寬頻行動網路之 QoS 更能滿足使用 者經驗 QoE。

Stage 1: Conformance Test 終端產品在開發初期,需要一個快速且有效 Debug 的測試平台,讓產品研發人員能迅速進行錯 誤分析與問題重製。因此在第一階段我們建置基地台模擬器 (eNB Emulator or BS Emulator),搭配內建 的各式軟體,提供 Full-function 的驗證功能,此階段主要著重於晶片或模組的效能測試以及無線射頻 與通訊協定的一致性測試。

系統架構 UE 藉由 RF Cable 與 eNB Emulator 進行連接,eNB Emulator 後端可連接應用伺服器 (App. Server), 必要時還可接上訊號產生器 (Signal Generator) 產生干擾訊號。此測試環境可以進行 Data Application Test、Radio Conformance Test 以及 Protocol Conformance Test。

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核 心 重 點

測試系統介紹 Data Application Test 此測試模式可簡易地驗證終端產品是否能與模擬基地台連線,連線建立起來後便可進行應用服 務,量測 Data Throughput、Voice Quality、Video Quality 等。

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Radio Conformance Test (RCT) Radio Conformance Test 所依據標準為 3GPP 36.521,其中包括 Power Measurement、Modulation Analysis、Spectrum Measurement。以下是測試環境所支援的規格 : RF Generator Frequency range RF Analyzer Bandwidth Frequency range Power measurement

FDD Band 1 ~ Band 25

Modulation analysis

Spectrum measurements

TDD Band 33 ~ Band 43

1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz Band 1 ~ Band 25 Band 33 ~ Band 43 Level range: –50 dBm to +30 dBm, RMS Error vector magnitude (EVM) Frequency error I/Q origin offset Inband emissions Equalizer spectrum flatness Adjacent channel leakage ratio Spectrum emission mask (SEM)

Protocol Conformance Test (PCT) Protocol Conformance Test 所依據標準為 3GPP 36.523,其中包括 Layer 2 (MAC, RLC, PDCP)、RRC、 NAS 等。底下以其中一項測試案例進行說明,此測試案例中基地台 (SS) 會傳送 Paging Message 給 終端裝置 (UE),此 Paging Message 裡存在了一個不符合的 Identity (a Wrong S-TMSI),當 UE 收到此 S-TMSI 時會與自身的 S-TMSI 進行比較是否一樣,若不一樣 (i.e. a Wrong S-TMSI) 照規範來說 UE 不應 回覆 RRCConnectionRequest Message 給 SS,然而在我們此案例中 UE 依然回覆 RRCConnectionRequest Message 給 SS,因此判斷測試結果為 Fail。

Table 8.1.1.1.3.2-1: Main behavior St

Procedure

U-S

Message Sequence Message

The SS transmits a Paging message including an <-- Paging unmatched identity(incorrect S-TMSI). Does the UE transmit an RRCConnectionRequest 2 Check: --> RRCConnectionRequest message within 5 s? SS transmits a Paging message including a matched 3 The <-- Paging identity. Check: Does the UE transmit an RRCConnectionRequest 4 message? --> RRCConnectionRequest 5 The SS transmits an RRCConnectionSetup message. <-- RRCConnectionSetup Check: Does the UE transmit an RRCConnectionSetupComplete message including SERVICE --> RRCConnectionSetupComplete 6 REQUEST to confirm the successful completion of the connection establishment? 6 to 9 of the generic radio bearer establishment 6A Steps procedure 36.508 4.5.3.3-1) are executed to - 6D successfully(TS complete the service request procedure. Check: Does the test result of generic test procedure in TS 7 36.508 subclause 6.4.2.3 indicate that the UE is in E-UTRA - RRC_CONNECTED state on Cell 1? 1

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TP Verdict -

-

1

F

-

-

2

P

-

-

2

P

-

-

1,2

-


核 心 重 點

Stage 2: Interoperability Test 終端裝置通過 PCT(Protocol Conformance Test) 以及 RCT(Radio Conformance Test) 測試後,接下來 進行 IOT 測試。本實驗室提供專屬的測試網路,並將環境控制在理想狀態下,可使用 Conducted 或低 干擾的 Radio Link。並提供網路管理與監控系統,也備有通訊協定分析軟體,能完全掌握測試網路組 態,以及有效分析出各種問題。此環境有效驗證終端裝置與 LTE 網路之互通性,也可進一步對終端裝 置的效能進行評估。

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系統架構 本 實 驗 室 備 有 TDD、FDD 基 站 可 供 終 端裝置進行 IOT 測試。 並 提 供 Multi-Cell 環 境 以進行 Handover 測試 ; Multi-PLMN 環境以進行 Roaming 測 試。TDD 基 站 則 分 別 有 Huawei 以 及 NSN 兩種不同廠牌, 可 進 一 步 提 供 MultiVendor IOT 測試。測試 環 境 中 之 LTE 核 心 網 路,可選擇真實核心網 路,進行簡易之連網測 試;亦可選擇模擬核心 網路 (NG4T NG40),根據測試需求對 MME、S-GW、PCRF 等作參數調整,例如在進行 LTE QoS 測案中, 對 MME 中的 PDCP 進行設定以建立 Dedicated Bearer 來實作 LTE QoS 機制。為測試終端裝置的效能表 現,本環境也架設數台 Application Servers,以及 Iperf、Ixchariot、Netpersec 等效能測試工具。而在 協定分析方面,裝載 Wireshark 之核心網路基站內建 Log Tracing 工具可追蹤 RRC 以及 NAS 層的溝通 信令 ; 而 UE 端則備有 Nemo Outdoor 路測軟體。使本實驗室具有完整除錯能力。

測試系統介紹 Evolved Node B (eNB) 目 前 提 供 NSN 及 Huawei 基 地 台 進 行 IOT 測 試, 終 端 產 品 可 以 Conducted 或 Over-The-Air 方 式與基地台進行連線,我們可自 行調整基地台參數例如 Subframe Configuration、Special Subframe Configuration、MIMO 等。 Huawei eNB

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NSN eNB


核 心 重 點

Evolved Packet Core (EPC) 下圖為 NSN 之基地台及相關環境設置,其中左半圖灰底區域為電子資訊大樓之硬體設置,右半 圖綠底區域為置於中華電信的核心網之相關硬體。其中交大與中華電信核心網之間建有 100M 的光 纖連線。

基地台除了與真實核心網連接外,亦可與核心網模擬器 (EPC Emulator) 連接,核心網模擬器支援 各種不同廠牌、3G/4G 基地台,目前我們的核心網模擬器上同時連接著 NSN 與 Huawei 這兩間不同品 牌的基地台,此外也連接著 3G/WCDMA Small Cell。

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網路管理與監控系統 交大目前共有八個 4G LTE 基地台,同一時間可能會有多家終端設備商及學術研究單位前來使 用 基地台,為了讓使用便利我們發展了一套網路管理與監控系統,該系統可提供之服務包括了控制 基 站與觀看基站 Log、設定 Switch/Router、設定 EPC、監控流量封包與 S1 介面 Log、遠端 WOL 等等。 舉例來說以下截圖為 NSN 基地台所提供的控制設定介面。

NSN eNB 的內部參數控制,以 TDD Subframe 架構為例,可見我們於 Tab“Commissioning”下的 Radio network configuration 進行調整。預設之設定值為 Subframe Configuration/ Special Subframe Configuration: 2/7,為眾多運營商、設備商所推薦之預設值。

網路管理系統所截取之 Log,為協定分析中相當重要的一環,可提供包括 Uu Log、S1 Log、X2 Log、SCTP Log 等。在此舉 LTE Small Cell 之網路測試架構中 UE Attach 註冊失敗之 Log 檔為例,藉此演 繹 Log 資訊在除錯中所發揮的效用。

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核 心 重 點

上圖為本實驗室之 LTE Small Cell 網路測試架構,待測物將藉由 HeNB1 連結至 LTE 網路,而其過 程應如 3GPP TS 24.301 中所定義如下圖。

下圖為 HeNB1 與 MME 之間的 S1AP 訊息,其中 No. 50 訊息顯示 MME 發起 Attach Reject 訊息而 非 3GPP TS 24.301 中所規範的 Attach Complete 訊息。

進一步分析,No. 49 訊息 InitialContextSetupFailure 中包含 S1AP-PDU:unsuccessfulOutcome 訊息而 其錯誤代號”radioNetwork:failure-in-radio-interface-procedure(26)”,我們將此錯誤訊息回報給產品 研發人員,並進而解決此議題。此例中顯示本網路管理系統以及本實驗室測試人員具備截取完整 Log 資訊之能力,並實際利用於產品除錯。

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測試應用範圍  Basic LTE Attach:此項目檢測 UE 所應具有的基本能力,擁有正確的程序接取 LTE 網路。  Network Access Test Cases:此項目進一步檢測 UE 接取 LTE 網路之程序,並側重 於檢測 UE 與 EPS 之間的信令交換。  Intra-LTE Mobility (Intra-freq.):此項目檢測 UE 對於同頻點 Cell Reselection 以及同 頻點 Handover 的信令作正確回應以符合 3GPP SPEC 規定。  System Loss and State Transition:此項目檢測 UE 對於 LTE 系統狀態切換信令以 及 UE 本身系統 狀態切換信令是否正確並符合 3GPP SPEC 規定。  Peak Throughput Validation with PDSCH Transmission Mode:此項目用以檢 測 UE 在不同傳輸模 式下 (TM),Throughput 之表現。  Dedicated Bearer:此項目用以檢測 UE 能否支援 Dedicated Bearer 設定,並能正確反 應 QCI 設 定在其 QoS 有對應的結果。  DRX:此項目用以檢測 UE 是否支援 DRX,並能與 eNodeB 經由 RRC 正確的交換信令。

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核 心 重 點

Stage 3: Over-The-Air Test 實驗室建置一座 MIMO OTA(Over-The-Air)全電波暗室,並以 45 度角配置八根雙極化天線圍繞 著待測設備。其中待測設備放置在具有 3D 轉軸功能的轉檯上,因此我們能測試產品全方位的接收 能力。而 MIMO OTA 測試方法與傳統 SISO OTA 測試方法有哪些的不同呢 ? 從測試的觀點來看 SISO 和 MIMO 之間的主要區別是通道模型參數的多寡。SISO 測試僅需要最簡單的路徑衰減(Pathloss)和都 普勒參數(Doppler Effect),但是 MIMO 寬頻行動裝置性能必須使用多維射頻通道參數 ( 路徑衰減, 延遲,都普勒,到達角度,極化 ) 來評估。

系統架構

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上圖為 MIMO OTA 全電波暗室測試環境之整體配置,透過 Network Analyzer 校準整個測試環境後, 就可以將所需的通道模型 (e.g. SCME Urban Micro-cell/Marco-cell) 載入到射頻通道模擬器中。由於訊號 經過通道模擬器會造成相當大的衰減,因此需要在搭配 Amplifi er 加強訊號功率。在執行測試時可以 使用基地台產生一組下行測試訊號,訊號會先經由射頻通道模擬器再透過 MIMO OTA 天線到達 DUT( 待測物 )。在 DUT 的上行訊號可以透過單獨且為最短距離及收訊最佳的天線接回基地台。 當 DUT 和基地台建立好連線,DUT 就可以經由基地台連接至核心網後的 Application Server 來下 載資料,做為測試下行鏈路的傳輸速率。並能配合使用雙極化天線及 3D 轉台來測試不同角度時的效 能差異。

測試系統介紹 無反射電波暗室 (Anechoic Chamber)

交大建置一個不受外界電磁波訊號干擾,多重路徑模擬測試場,其內容包含:電波磁隔離度須 滿足 80dB 以上,工作測試頻率為 700MHz 至 6GHz。實驗場包含姿態雷射校準儀器,以確定待測物 之姿態是否正確。實驗場所有電源都需經過濾波處理,以確保實驗場內部用電安全不受外部電力環 境影響,並提供內部電源配置箱及插座。待測物測試靜域大小 : 40cm 直徑。其來源有 8 個方位。靜 域內,電場分布均勻度 :<±0.5dB。多重路徑訊號品質,來源每 45 度角計 8 個方位,均勻分布於水平 方位 ( 雜波比 ) : 26dBC min。使用八支雙極化天線並提供雙極化訊號控制介面。

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核 心 重 點

通道模擬器 (Channel Emulator) 通道模擬器主要用途為模擬 UE 與 eNB 之間的無線通道,如圖一所示可調整的參數包括 Path Power、Path Delay、Path Arrival and Departure Angles (AoA & AoD) 以及 Angle Spreads ofClusters on Both Arrival and Departure Ends。圖二是 Cluster Running View,呈現出 SCME 通道模型共有 6 個 Clusters。

圖一

圖二

測試應用範圍 LTE 主 要 以 MIMO 傳 輸 速 率、 總 全 向 靈 敏 度 (Total Isotropic Sensitivity; TIS)、 總 輻 射 功 率 (Total Radiated Power; TRP) 為主:  Downlink Throughput with Transmit Diversity  Downlink Throughput with Open Loop Spatial Multiplexing  LTE MIMO OTA Throughput Test for CTIA SPEC 下圖為 MIMO OTA Throughput 測試結果範例

左圖為 SNR 分別為 25, 20, 18, 16 dB 時,在各個不同角度 的 Throughput 值。我們可以發現此終端產品在 0 度角效 能較差。

x-axis: SNR y-axis: Throughput (Physical Layer) Test Environment :2D Anechoic Radiated Result Reporting, OLSM(TM3), SCME UMi, 64QAM DL Modulation, Initial RS_EPRE=-60 dBm/15kHz, Initial SNR=25 dB

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Stage 4: Field Trial 相較於室內測試使用無線通道模擬器來產生無線衰減通道,Field Trial 使用基地台和真實環境來 測試 DUT 仿終端使用者使用下的表現和穩定度;例如高速移動中、弱訊號區、多遮蔽物區的環境, DUT 會不會斷線、Throughput 表現如何、能否正常切換等。Field Trial 提供較實驗室更真實複雜開放 ( 例如 Multipath 的環境或更多干擾的環境 ) 的 LTE 環境來做測試,例如可提供強訊號或弱訊號等不 同的環境,或者是加干擾、在小區邊緣、待測物移動下 (Driving) 等等的環境來測試 DUT 的表現 ( 如 Throughput 變化、斷線及回復時間等 )。

系統架構 BML 在 交 通 大 學 校 園 建置了一個 Field Trial 實驗 環 境。 在 交 大 資 訊 服 務 中 心 內, 設 有 兩 個 基 站, 每 個 基 站 各 自 配 有 一 個 BBU (Baseband Unit) 與 兩 個 不 同

的 RRU(Radio Remote

Unit), 因 此 每 個 基 站 可 再 分 為 兩 個 Cells, 共 有 四 個 Cells, 一 個 Cell 位 於 資 訊 服 務 中 心 室 內, 其 餘 三 個 Cells 分 布 於 Field Trial 的 戶 外實驗環境中。以資訊服務 中心為核心點,透過三個戶 外天線以每 120 度往三個方

Stage 4: Field Trial 系統架構

向發射,涵蓋範圍可包含一 個小的環狀車用道路,作為 Field Trial 路測使用。 Field Trial 主要目的是驗證終端在商業網路環境下的真實行為表現。舉凡終端基本的功能、效能 或各營運商特有的應用服務等,都是 Field Trial 測試的一環。而交大的 Field Trial 環境是為了評估 4G TD-LTE 商用化而建置的實驗網路,著重於評量終端戶外移動的效能,並希望透過此實驗網路能擷取 與建立校園環境的通道模型 (Channel Model),將此數據資料應用到 MIMO OTA 的環境中,繼而實現 In-Lab Field Trial 的目標。

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核 心 重 點

測試系統介紹 Field Trial in NCTU Campus 下圖為設在交大資訊技術服務中心的基站和三個 Outdoor Cell 的訊號覆蓋範圍圖,由此圖可看出 其涵蓋範圍及訊號邊緣。

下圖為訊號強度等高線圖,可看出交大校園的強訊號區及弱訊號區,以便在不同訊號強度下進 行連線測試。

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Field Trial 環境有三個戶外 Cells,又可區分為屬於同一個 eNB 或不同 eNBs,因此在評估終端移動 的效能時,可測試 Inter-eNB 或 Intra-eNB Handover。本測試平台有兩個重要的元素:Nemo Outdoor 和 TSMW。Nemo Outdoor 是一套路測軟體,可擷取並紀錄 LTE 終端 Air Interface (Uu Interface) 的資訊, 包 含:RSRP、RSRQ 和 SNR; 通 道 品 質 (CQI) 與 RI;MIMO 參 數 Transmission Mode 與 目 前 所 使 用 的 Modulation 等;另外,Nemo Outdoor 也能解析 3GPP L3 Messages (RRC/NAS);並提供 Script 撰寫做為 Throughput 或 Latency 量測使用。搭配 GPS 與數位地圖,可在量測過程中,即時呈現使用者的座標位 置。

而 TSMW 是一台 Network Scanner,在路測過程中,可將無線通道的訊號、多路徑的影響與 MIMO 參數等資料擷取下來,可看使用的 Bandwidth、Physical Cell ID、Cyclic Prefix Length、P-SCH、 S-SCH、RSRP、RSRQ、SINR,這些資料能作為通道模擬器的 Input 值,產生對應的通道模型。BML 希 望透過分析 TSMW 擷取的資料,在 MIMO OTA Chamber 重建交大校園無線通道環境。

測試應用範圍  Network Entry [ 在無 / 有加載加擾或靜 / 動態環境下基本註冊上網路的能力 ]。  Cell Reselection [ 在無 / 有加載加擾且同頻小區環境中小區重選能力 ]。  Handover [ 在無 / 有加載加擾且同小區環境中 Handover 能力 ]。  Peak Data Rate Test [ 在單 / 多測試點 UE Throughput]。  State Rransition and Delay Test [Control-plane Latency and User-plane Latency and 動態且無 / 有加 載加擾環境中被 Paging 的能力 ]。  Mobile Maintenance Test [ 在無 / 有加載加擾且靜 / 動態環境下上 / 下傳大檔案穩定性 ]。  Multi-UE Test [ 在無 / 有加載加擾且靜 / 動態環境且同 / 異 chip 條件下 , 多 UE 上 / 下傳大檔案 能力 ]。  Basic Function Test [UE 進行串流媒體視訊業務的能力 ]。

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核 心 重 點

Application Execution Platform 利用所建立之 4G LTE 網路平台可作為 SD-MAR 應用的執行與驗證,研發 SD-MAR 相關應用例如 室內導覽與室外導航。

MAR Scenarios 下圖說明 MAR 基本處理程序,Smart Device 抓取到 Image 之後藉由 4G/LTE Network 將 Image 上 傳到 Cloud Server,Cloud Server 對 Image 進行 Feature Extraction 萃取出特徵值後與 Database 資料進 行 Pattern Matching,最後 Smart Device 將 Search Result 透過 4G/LTE Network 下載回來後進行 Process and Display。

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另一種作法是在 Smart Device 上先進行 Feature Extraction 再將萃取出來的特徵值上傳到 Cloud Server 進行 Patten Matching,此作法目的在於降低所需上傳資料量以加速整體效能。

MAR 應用開發 Indoor Navigation 右圖說明室內導航服務。表 現出在 4G LTE 網路環境下,使用 者透過智慧型裝置 (Smart Device, SD) UE 上搭載的相機拍攝周圍的 景物,並利用 LTE 網路即時將影像 傳送到雲端平台進行辨識與比對 後,透過網路擷取導航資訊,再 顯示於智慧型裝置的螢幕之上。

Outdoor Navigation 右圖說明室外導航服務。其 表現出在 4G LTE 網路環境下,使 用者透過車上搭載的攝影器材拍 攝周圍的景物,並利用 LTE 網路即 時將影像傳送到雲端平台進行辨 識與比對後,透過網路擷取導航 資訊,再顯示於智慧型裝置 UE 的 螢幕之上。

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實 驗 室 環 境 介 紹

Collaborative Urban Design/Planning 下圖說明協同式都市設計。從室內小尺度的模擬,擴大為室外大尺度的模擬,並讓使用者實際 進入都市環境,從自然的視角去觀察、檢討設計的提案。另外,有別於單純透過擴增實境系統呈現 三度空間的數位模型,本研究詴圖結合資訊瀏覽,將相關的輔助資訊、包含影像、文字等資訊型態, 整合在模型當中;於是擴增實境對於都市設計的角色,從單純的視覺模擬,提升到包含設計資訊的 三度空間介面。

研究議題  Computing components decision problem  Local cache management for pattern matching  Positioning (for Navigation App.)

• Computer vision • LTE positioning • ECID (accuracy within 50-500m) • OTDOA (accuracy within 25-200m) • AGNSS (accuracy within 5-20m)

• Combinations  MAR content acquirement

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實驗室環境介紹 IOT 之 Multi-Vendor Multi-Mode 基地台

MIMO OTA Test System 之多重路徑電波隔離室

4G/LTE Field Trial 與應用服務開發環境

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服 務 項 目 總 表

服務項目總表 4G Testbed

4G Test Equipment

■ LTE Network

■ LTE SIM Card

■ MIMO OTA Testbed

■ LTE USB Dongle、Smartphone、 Tablet、Router

4G Testing Services

■ Drive Test Tool

■ Conformance Test

■ GSM/WCDMA/EVDO/LTE Scanner

■ 3GPP RF Conformance Test (RCT)

■ LTE eNode B Emulator

■ 3GPP Protocol Conformance Test (PCT)

■ RF Channel Emulator

■ Interoperability Test

■ Signal Generator

■ MIMO OTA Test for OIOT

■ Signal Analyzer

■ Field Trials

■ Network Analyzer

■ Heterogeneous Network Integration Test

■ Programmable Attenuator ■ Wi-Fi Scanner ■ Wi-Fi Packet Monitor ■ Wi-Fi STA Emulator ■ Programmable Turn Table ■ Shielding Box ■ Performance Measurement Tool

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Bml簡介手冊