5G應用層吞吐量測試配置與實現

2021-12-29 612

概述

3GPP 定義了從 R15 協定開始的新一代 5G NR 無線通訊技術。透過引進新的空中介面和架構，頻寬更大，頻譜效率更高，進而大幅提升無線通訊體驗率，滿足行動互聯網日益增長的流量需求。根據國際電信聯盟 (ITU) 的定義，峰值資料速率是指在理想條件下可達到的最大資料速率。速率，可以理解為系統的最大容量。承載能力的體現。對於 5G eMBB 場景，下行鏈路峰值速率可達 20 Gbps；上行鏈路峰值速率可達 10 Gbps。

在實際的5G連結場景中，應用層速率和物理層速率之間通常存在一定的差距，這與我們的經驗直接相關。實際測試環境的配置和參數設定都會影響應用層速率。隨著越來越多的廠商開始關注應用層吞吐量測試，安立公司面向模組廠商推出了一套完整的5G NR應用吞吐量測量解決方案。本文將介紹測試環境的建置與設定流程。

接線圖

如下圖所示，基於實體層測量，5G NR模擬基地台（MT8000A）透過光纖擴展到外部伺服器PC（支援Linux或Windows系統）。 5G模組透過USB網路共享擴展到客戶端PC。最後，在伺服器PC和客戶端PC上安裝並執行Iperf程序，以實現應用層的資料填充和測量。

伺服器PC IP位址：192.168.20.200DUT IP 位址：192.168.20.11（MT8821C 預設用戶端 IP 位址 1）
客戶端PC的IP位址：透過USB共享網路連接，並取得與被測設備相同的IP位址（192.168.20.11）。在外部伺服器 PC 上安裝光網卡後，透過光纖將其連接到 MT8000A 上的光纖接口，將 NR 伺服器擴展到伺服器 PC（詳細接線如下圖所示）。

設定詳細說明

MT8000A 的控制軟體介面設定如下（上圖顯示 ipdata 測量模式設置，下圖顯示 NR 伺服器 IP 位址設定）。

伺服器 PC 設定如下（上圖為 Windows 系統，下圖為 Linux 系統），子網路遮罩設定為 255.255.0.0（使用者可依伺服器的作業系統類型選擇設定）。

MT8821C 的設置如下（上圖顯示 ipdata 測量模式設置，下圖顯示 LTE 伺服器 IP 位址和 DUT 分配位址設定），子網路遮罩設定為 255.255.0.0。

客戶端PC的IP位址設定如下。透過APN，可以自動取得MT8821C分配的指定IP位址。

物理層偵錯

接上一篇文章（技術文章 | 5G NR峰值速率的影響因素及實現），以以下框架結構為例：

5ms 單週期：DDDDD DDSUU

D:GP:U（13:1:0）

在Sub-6GHz頻段條件下，μ=1，頻寬100MHz，調變方式為256QAM，空域資源為4×4MIMO，擴展係數為0.8，下行開銷為0.14，可計算出5G NR的理論峰值速率為1.86 Gbps。如下圖所示，某模組的5G NR下行物理層吞吐量實測資料為： 1809.117 Mbps。

新增接入點

調整實體層後，透過 USB 將 DUT 網路共用給客戶端 PC，新增 APN 並連接。具體設定如下（之後即可進行資料包填充和測量）：「網路與網際網路設定」-->「蜂窩網路」-->「進階選項」-->「新增存取點」-->在設定檔名稱和存取點輸入框中都輸入www.anritsu.com，然後儲存設定。

穿孔填充和測量

客戶端PC執行以下指令來監聽封包：iperf3 -s -p 5007伺服器PC執行以下指令以進行UDP封包注入：iperf3 -c 192.168.20.11 -u -i 1 -t 50 -p 5007 -b 2000M -w 8M

服務器PC封包填充結果如下（以Linux系統為例）：

客戶PC端監聽結果如下：

結論：物理層吞吐量為 1809.117 Mbps，UDP 應用層的測量速率為 1.77G bps。

應用層最大吞吐量的實際測量值

接上一篇文章（技術文章 | 5G NR峰值速率的影響因素及實現），最近，某晶片支援 95% 佔空比功能，預期吞吐量為 2.02 Gbps。透過與此晶片聯合調試，可將幀結構設定為 DDDDDDDDSU，其中 S(D:GP:U) 為 11:1:2（該幀結構並未在 3GPP TS38.306 中定義的擴展係數中明確體現）。在此幀結構下，在 Anritsu MT8000A 上測試所得的最大物理層下行鏈路吞吐量為 2.002 Gbps，如下圖所示：