国际运营商LTE终端速率测试方法比较

作者：刘轶康

来源：《中国新通信》2016年第02期

        【摘要】 针对部署LTE网络的电信运营商在终端入网测试等测试中经常采用的三种速率测试方法：极限速率测试方法、网页速率测试方法、以及现网Metrico测试方法，分析了各种测试方法的主要影响因素及运营商速率测试中速率性能故障的分析思路。

        【关键词】 LTE终端 速率测试

        随着4G LTE技术标准与产业链的成熟，越来越多的运营商选择部署运营LTE网络。LTE技术采用正交频分多路复用（OFDM）、多入多出（MIMO）等技术，给最终电信用户提供远远高于3G技术的速率体验，成为运营商获得竞争优势、吸引最终用户的重要手段。因此，运营商对于网络中的终端的速率性能非常重视，采用了多种速率测试方法来测试LTE终端的速率性能。

        一、3GPP标准中对于不同终端的速率性能的规定

        在3GPP标准中，根据终端性能的差异，对终端进行了分类（简称Cat）。我们目前常用的终端主要是Cat3，Cat4，Cat6以及Cat9的终端。几种类型的FDD LTE终端的最高速率对照情况参见表1。对于不同类型的终端，其理论最高速率不同，通过测试的标准自然也不相同。在进行对比类型的测试时，也需要注意对比终端应该选择与测试终端同一类型的终端，否则没有可比性。

        表1 不同Category的FDD LTE终端最高速率值对比

        二、运营商常用的速率测试方法及原理

        运营商常用的速率测试方法主要有三种：极限速率测试方法；网页速率测试方法；以及现网Metrico测试方法。下面介绍下这三种测试方法。

        极限速率测试方法，主要是为了测试终端的极限速率是否能够达标，一般通过的标准是以表1中的最高速率值为基础，乘以某个系数。不同的运营商选择的系数不同，如日本运营商软银选择的系数是95%，即终端测试的结果必须达到对应category的95%才能测试通过。由于需要测试到接近该类型终端的最高速率值，所以极限速率测试一般会在实验室进行，选择信号强度好，没有其他噪声干扰，测试终端独占小区的环境来进行测试。具体测试的业务，一般会选择FTP下载和UDP灌包两种，其中UDP灌包的方法可以让终端的性能得到更好的发挥，而FTP下载方法则更接近于用户实际使用的业务场景。

        网页速率测试方法，主要是以SpeedTest网站为代表的一类测速网站提供的测速方法。普通用户可以打开这些测速网站的网，这类测速网站使用的具体测速方法是首先从网站上下载一个较小文件，通过下载的耗时估算当前网络连接的速率，然后根据该速率决定从网络下载的数据包的大小，这个数据包一般在当前速率下下载10秒左右。在这10秒的下载过程中，在每秒中采样30次，将采样结果组成20组，去掉最高的10%和最低的20%，取剩余结果的平均值作为最终统计出的速率值。一般下载文件较小，其测试结果随时间变化较大，需要进行多次测试以减小随机性因素的影响。

        现网Metrico测试方法，主要针对测试终端在现网环境下的表现情况进行测试。由于现网环境相对于实验室环境更加复杂多变，因此该测试相对于其他两种方法，在测试场景设计和测试通过标准上均有所区别。在测试场景上，针对强中弱信号区域分别进行测试，每个区域均针对用户经常使用的业务类型，进行网页浏览、ping操作、HTTP上传下载、UDP上传下载各种类型的测试。在测试通过标准上，使用测试机与对比机同时进行测试，对两者的测试结果进行比较，如果测试机的表现比对比机的表现差25%以上，则不通过；否则通过。目前该测试得到美国三大运营商VZW，AT&T，TMO的认可，作为其定制终端必须进行的测试项目。

        这几种测试方法的侧重点有所不同，在实际中运营商可能选择其中的一种或者多种测试方法对终端进行测试，以便综合衡量终端在不同情况下的表现。

        三、各种测试方法的主要影响因素及运营商速率测试常见故障分析方法

        常见的LTE数据类终端，其测试过程的主要工作形式如图1所示。完整的数据路径包括测试用笔记本，LTE终端，LTE空口，网络侧及服务器。在这个通路中的每一个部分，都可能会对速率测试的结果造成影响。

        3.1 LTE空口工作状

        主要指的是从终端的LTE协议栈通过空间的电磁信号传播到网络侧LTE基站及核心网之间的过程。这一部分性能主要取决于终端类型、协商速率、终端射频性能以及由此决定的调制方式、网络给终端分配的时域和频域资源等因素。

        3.2 LTE终端内部数据通路状态

        主要指在LTE终端内部，数据通过转发等形式进行传输的过程。这一部分性能主要取决于CPU性能、是否采用硬件加速数据传输、数据包转发规则、以及使用的内部总线接口规格等因素。采用wifi通信的话，还需要考虑wifi芯片的性能。

        3.3测试用笔记本状态

        主要指在笔记本上产生或者到达笔记本 进行处理的数据，在笔记本上进行处理的过程。这一部分性能主要取决于笔记本的硬件性能、业务类型、业务软件的性能、笔记本的协议栈实现的效率高低，此外还包括LTE终端安装到笔记本上的驱动程序的工作性能。

        3.4网络侧工作状态

        数据从终端发送到网络侧以后，要经过运营商内网及internet网络的传输，最终才能到达对端，在此过程中网络的拓扑结构、负载程度、路由规则等因素，也会对数据传输过程造成影响，从而进一步影响到终端的速率性能表现。

        针对以上提到的各个可能影响到终端测试速率性能的环节及因素，在实际测试中我们也需要能够进行对应的分析方法和工具来确认影响性能的因素到底是哪些。如某个终端极限速率测试通过而网页速率测试不通过，则问题可能出现在 LTE终端内部通路对HTTP和FTP数据包的处理方式的差异，或者测试用笔记本上FTP工具软件和浏览器的性能差异上；再如某个终端极限速率测试通过，而现网Metrico测试不通过，则可能由于该终端在LTE的射频等因素导致空口工作状态不及对比机，或者该终端的测试笔记本性能与对比机的测试笔记本性能有差距。

        大致确认了问题可能存在的阶段以后，我们再通过抓取各种log来详细分析，以确定具体的影响因素。常用的log包括，针对空口工作状态抓取LTE终端芯片的信令、射频性能等log，如高通芯片的QXDM log等；针对LTE终端内部数据通路抓取wireshark log；针对测试用笔记本可以抓取wireshark log，以及该笔记本内记录CPU、内存使用状态的系统log，各个测试用软件的对应log及状态显示。针对网络侧工作状态，从终端侧一般难于抓取，仅能通过空口log以及数据包延时等因素进行推测。

        四、总结

        针对运营商常用的3种LTE终端速率测试方法：极限速率测试方法、网页速率测试方法、以及现网Metrico测试方法，本文对比分析了各种测试方法的原理及相关的影响因素，并针对常见的测试问题给出了分析建议，有助于终端厂商提升其产品在对应测试下的表现，给终端用户带来更好的用户体验。

        参 考 文 献

        [1]王海燕，于剑飞，石美宪.LTE终端射频测试技术分析[J].电信网技术.2011（02）

        [2]莫宏波，张琳琳，果敢.LTE终端类型分析及其测试[J].电信网技术.2011（02）

国际运营商LTE终端速率测试方法比较