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背景介绍
在移动通信中，终端数据传输的速率一直是各种移动无线通信制式关注的焦点。目前部署的LTE无线接入技术极大地提高了在移动网络中的数据传输能力，与此相应，对数据要求较高的设备和应用的用户群的数据需求也在增加。因此, 数据终端在使用数据服务时必须实现非常高的效率。在以往的移动终端数据性能测试中，主要针对的是物理层的吞吐量性能，但其结果往往不能直接反映用户的实际体验效果。鉴于此，应用层吞吐量性能测试就在这样的背景下产生了。
一．吞吐量定义
UE应用层数据吞吐量定义为为单位时间内网络从源端点到目标端点传输的有用的用户数据比特数, 其中不包括协议开销 (TCP 报头、UDP 报头等) 和重新传输的数据包。数据业务的性能测试主要考察的是被测试终端在不同信号强度、不同多径衰落和加性高斯白噪声（AWGN）的条件下，前向链路和反向链路的吞吐量表征情况。
二、测试标准
3GPP 国际组织在2011 年的会议上首次提出了应用层数据吞吐量性能测试并提交了相关技术报告初稿TR37.901。技术报告描述了应用层吞吐量的测试目的及测试方法，并给出了HSPA 和LTE 的测试用例。目前最新的版本是V15.1.0。3GPP TR37.901规定了对用户设备（UE）应用层数据吞吐量性能的测试，其中包括压力测试、功率扫频，以及上行和下行链路吞吐性能。
三、测试模式
被测终端和测试系统的连接有两种模式，分别是Tethered 和 Embedded 两种。具体的连接方式见下图：
图1 Tethered 模式
图2 Embedded模式
从图中我们可以看到两种连接方式的区别主要在于客户端程序的运行方式。Tethered 连接模式是将被测终端通过USB共享等方式与计算机连接，被测终端与无线网络测试系统之间建立连接，计算机内安装数据传输的客户端应用软件，通过被测终端，与网络测的数据传输服务器建立数据传输。对于 Embedded 连接模式，数据传输客户端应用软件（APP）安装在被测终端上，实现数据传输，省略了与移动终端连接的计算机。
四、信道仿真
在无线通信系统中，信号从发射器发射出来后，会在多个信道下进行传输，可能会经过地面、建筑物的反射、折射、绕射等，最后才会到达接收端。在接收端，这些带有同样信息的信号由于信道的不同，到达接收端的时间以及信号强度等也会相应的不同。
所以在测试中，测试系统需要模拟不同的传输环境，并测试数据传输应用程序的服务器端与客户端之间达到的平均应用层数据传输速率。一般来说，除了测试理想情况下的上行和下行吞吐量测试外(即无衰落、无干扰、网络信号良好)，还要考虑移动终端到在不同环境情况下的性能指标，一个完整的吞吐量性能测试场景，应包括特定的网络信号强度、特定等级的干扰、特定的衰落环境和等因素。
3GPP协议中定义了几种不同的信道仿真模型来对多径衰落以及多普勒效应等进行信道模型的仿真，其中有Extended Pedestrian A (EPA) , Extended Vehicular A model (EVA)以及Extended Typical Urban model (ETU)三种。如下图所示：
例如，EVA70描述了信道的衰落模型，其中EVA(Extended+Vehicle+A)代表了不同的信号延迟以及衰落模型，70代表了终端多普勒频移为70Hz，根据多普勒频移和下行频率可以计算出终端的运动速率。
五、测试用例
GCF 组织在2012 年引入了数据性能的补充测试。此项性能测试主要参考了3GPP TR37.901 的Annex 中的测试规范。测试包括HDPA 和LTE 两部分。测试方法包括Tethered 和Embedded 两种。GCF覆盖的测试用例较多，覆盖了TR37.901 的用例的绝大部分，相关测试项可以参考3GPP TR37.901。
PTCRB 组织在2013 年5 月的PVG61 次会议开始形成了工作组RFT－113和测试用例。工作组主要针对LTE 的应用层吞吐量性能测试。测试用例方面在相对GCF 简化了很多，只有以下列出的19条测试用例。分别是LTE在不同的传输模式下的FTP上行，FTP下行，UDP上行，UDP下行的吞吐量性能，以及压力测试性能，应用层压力测试的性能是由应用层在传输时间内双向UDP和交替方向FTP吞吐量决定的。测试结果的判定可参考PVG_09。
① FTP下行测试用例
序号 |
Test Case |
Description |
1 |
A.3.2.2-2 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 2 |
2 |
A.3.2.2-3 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 3 |
3 |
A.3.2.2-4 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 4 |
4 |
A.3.2.3-1 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Open Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 1 |
5 |
A.3.2.3-2 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Open Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 2 |
6 |
A.3.2.3-3 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Open Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 3 |
7 |
A.3.2.4-1 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Closed Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 1 |
8 |
A.3.2.4-3 |
LTE / FTP Downlink / PDSCH Closed Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 3 |
② FTP上行测试用例
序号 |
Test Case |
Description |
1 |
A.3.4.1-1 |
LTE / FTP Uplink / PUSCH Single Antenna Port Performance - Test 1 |
③ UDP下行测试用例
序号 |
Test Case |
Description |
1 |
A.3.3.2-2 |
LTE / UDP Downlink / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 2 |
2 |
A.3.3.2-3 |
LTE / UDP Downlink / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 3 |
3 |
A.3.3.2-4 |
LTE / UDP Downlink / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 4 |
4 |
A.3.3.3-2 |
LTE / UDP Downlink / PDSCH Open Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 2 |
5 |
A.3.3.3-3 |
LTE / UDP Downlink / PDSCH Open Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 3 |
6 |
A.3.3.4-3 |
LTE / UDP Downlink / PDSCH Closed Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 3 |
④ UDP上行测试用例
序号 |
Test Case |
Description |
1 |
A.3.5.1-1 |
LTE / UDP Uplink / PUSCH Single Antenna Port Performance - Test 1 |
⑤ 压力测试用例
序号 |
Test Case |
Description |
1 |
A.3.6.1-1 |
LTE / Stress Test Performance / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 1 |
2 |
A.3.6.1-2 |
LTE / Stress Test Performance / PDSCH Transmit Diversity Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 2 |
3 |
A.3.6.2-1 |
LTE / Stress Test Performance / PDSCH Open Loop Spatial Multiplexing Performance (Cell-Specific Reference Symbols) - Test 1 |
作者简介
谢冰洁
毕业于香港科技大学，研究生学历，就职于中国信息通信研究院南方分院，主要研究方向为蜂窝无线通信协议和信令测试及标准化研究。
深圳信息通信研究院
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