UMTS地面無線接入(UTRA)標(biāo)準(zhǔn)最初是以WCDMA為基礎(chǔ)開發(fā)的，后來經(jīng)過不斷演進(jìn)，加入了高速分組接入(HSPA)。第8版3GPP標(biāo)準(zhǔn)包含了針對HSPA的增強(qiáng)以及E-UTRA，又稱為長期演進(jìn)(LTE)。LTE是一種基于OFDM技術(shù)的全新空中接口，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的延遲、簡化的純IP網(wǎng)絡(luò)以及更高的頻譜效率，將為用戶和運(yùn)營商帶來一系列的優(yōu)勢。然而，為充分發(fā)掘LTE標(biāo)準(zhǔn)的潛力，首先必須解決一系列設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，新的測試設(shè)備正在開發(fā)中，它將有助于克服這些挑戰(zhàn)。
當(dāng)前的挑戰(zhàn)
目前LTE已不僅僅是一個概念，開發(fā)人員進(jìn)行了大量工作來完善第8版UMTS標(biāo)準(zhǔn)(圖1)。盡管如此，LTE可供選擇的部署方案還是太多，這或許是早期用戶設(shè)備(UE)設(shè)計(jì)與測試所面臨的最大挑戰(zhàn)。為支持這些不同的選擇，必須盡快開發(fā)出專用的LTE測試設(shè)備并投放市場。
圖1：按照計(jì)劃，核心LTE標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)于2008年年初發(fā)布；首次一致性測試標(biāo)準(zhǔn)于2008年下半年發(fā)布；到2009/2010年，應(yīng)有一定數(shù)量的支持這些標(biāo)準(zhǔn)的用戶設(shè)備開始進(jìn)行外場測試。鑒于時間非常緊張，業(yè)界廠商需要盡快向市場上推出各種測試設(shè)備。
這些解決方案可以滿足許多特殊的測試需求，包括：
1. 基帶
當(dāng)前的HSPA設(shè)備性能對移動設(shè)備套件的處理能力提出了極高的要求，但現(xiàn)有的原型HSPA設(shè)備無法滿足這些高數(shù)據(jù)速率的要求，除非連接到干線適配器。LTE的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)高于HSPA，這將進(jìn)一步增加了平臺設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。
支持LTE數(shù)據(jù)速率需要非常強(qiáng)大的處理能力，尤其是在處理所有故障和信號的基帶中。設(shè)計(jì)人員可能會在用戶設(shè)備端和網(wǎng)絡(luò)端通過PC仿真對基帶設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，也可能對硬件原型進(jìn)行減速仿真。
2．射頻
目前的3GPP TR 36.803標(biāo)準(zhǔn)列出了11個定義的頻分雙工(FDD)頻段和6個時分雙工(TDD)頻段。這些頻段是針對GSM和UMTS而定義的。迄今為止，LTE還沒有分配到任何專用頻譜。LTE是與WCDMA和GSM系統(tǒng)共用頻段，還是重新分配整個專用頻段，目前都尚無定論。問題是，標(biāo)準(zhǔn)組合數(shù)量的增加會使目前的研究工作，以及隨之而來的要求和測試都變得更加復(fù)雜。同樣，缺乏單獨(dú)定義的LTE頻段也會使LTE早期部署較采用單一頻段部署的GSM和UMTS(W-CDMA)復(fù)雜得多。
雖然LTE頻段仍不確定，但與基礎(chǔ)空中接口相關(guān)的事宜卻變得逐步清晰。在LTE移動設(shè)備需要進(jìn)行射頻測試之際，WiMAX技術(shù)已得到了廣泛的認(rèn)可。WiMAX使用與LTE極為相似的正交頻分復(fù)用(OFDM)下行鏈路。然而，LTE上行鏈路與WiMAX有所不同：LTE上行鏈路使用了單載波頻分多址(SC-FDMA)技術(shù)以降低峰均功率比(PAPR)。這使得LTE測試具有一些非常特殊的要求。例如，需要根據(jù)TR 36.803發(fā)射機(jī)要求開發(fā)測試，以消除多種典型的射頻減損，包括I/Q不平衡、PA非線性、示波器相位噪聲、中頻/射頻取樣與混合中的定時抖動。
LTE用戶設(shè)備面臨的另一個新難題是如何處理它的8個從1.4到20MHz不等的通道帶寬。這種靈活性雖然豐富了部署選擇，但同時也提出了新的挑戰(zhàn)，比如如何規(guī)定通道內(nèi)和通道外要求，如何確定與無線電資源管理(如信元選擇/重新選擇和切換)相關(guān)的測試順序和操作步驟。
由于LTE的通道帶寬可以變化，而且用戶設(shè)備通常只會分配到通道內(nèi)可用資源模塊的一部分，所以必須對允許用戶設(shè)備在未使用資源模塊中發(fā)射的能量做出限制。信道內(nèi)測試的定義和要求仍在討論中，但圖2中的矢量信號分析儀圖像顯示了其原理。實(shí)際上，OFDM信號的失真會產(chǎn)生鏡像噪聲圖像。
圖2：此處顯示的受損OFDM信號使用發(fā)射機(jī)中的0.1dB IQ增益不平衡失真生成。OFDM信號的此類失真會在與中心頻率等距的另一半信號上生成分配資源模塊的圖像。上部圖像顯示的是子載波功率，下部圖像顯示的是每個子載波的誤差矢量幅度(EVM)。
另外兩個與LTE第2層相關(guān)的挑戰(zhàn)分別為分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)中的大量數(shù)據(jù)加密和媒體訪問控制(MAC)周轉(zhuǎn)時間(2毫秒，較HSDPA快6倍)，因此在高吞吐量下進(jìn)行測試需要重點(diǎn)關(guān)注這兩個關(guān)鍵方面的問題。
測試完整的設(shè)備
由于標(biāo)準(zhǔn)不成熟，目前還無法設(shè)計(jì)出完整的設(shè)備測試解決方案(例如具有實(shí)時協(xié)議堆棧或程序腳本解決方案的基站仿真器)，需要投入大量資源進(jìn)一步開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)此類解決方案最早將在6至12個月內(nèi)上市，但仍需持續(xù)的修訂，直至標(biāo)準(zhǔn)最終完成。與前幾代無線標(biāo)準(zhǔn)不同，LTE一致性測試在2008向客戶提供(遠(yuǎn)早于商業(yè)服務(wù))。這將有助于減少新技術(shù)推出過程中常見的互連問題，也意味著測試設(shè)備提供商必須加快速度推出新的測試設(shè)備。同時它還會促使現(xiàn)有測試解決方案(用于HSPA+、EDGE演進(jìn)和WiMAX等技術(shù))在最后開發(fā)過程中的重疊。
一致性測試標(biāo)準(zhǔn)的早日問世將給某些基本測試帶來幫助，確保其互通性，但與當(dāng)前的一致性測試類似，它們并不能保證完美的客戶體驗(yàn)。客戶將需要更多的功能測試和驗(yàn)證，以便對用戶設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉O限測試。
實(shí)現(xiàn)高峰值數(shù)據(jù)速率
LTE的目標(biāo)是提供高峰值數(shù)據(jù)速率，即單個天線達(dá)到50Mbps的上行鏈路速率和100Mbps的下行鏈路速率，并可升至170Mbps以上。這些數(shù)字代表了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的上限，實(shí)際速率會由于用戶設(shè)備的功能而降低。然而，即使速率大幅降低，我們?nèi)悦媾R許多設(shè)計(jì)和測試挑戰(zhàn)。
實(shí)現(xiàn)LTE峰值數(shù)據(jù)速率需要使用多路輸入/多路輸出(MIMO)技術(shù)。MIMO的性能目標(biāo)將針對具體的通道條件進(jìn)行定義。盡管這些條件是精心挑選得出的，但仍不能代表實(shí)際狀況。實(shí)際性能與未規(guī)定的天線性能、極化面(polarization aspect)、人的身體和頭帶來的損耗(body and head loss)、不同的機(jī)械使用模式和實(shí)際通道的動態(tài)條件有很大關(guān)系。天線性能可能會因支持多個頻段的需要而降低。鑒于有這么多不確定的因素，通過規(guī)定“空中”性能以確保用戶獲得滿意的體驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的。MIMO接收機(jī)一致性測試將采用直接轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行，但我們還無法說明這個簡單的測試與實(shí)際環(huán)境有什么關(guān)系。通過訪問當(dāng)?shù)豅TE網(wǎng)絡(luò)，有可能在適當(dāng)?shù)臈l件下實(shí)現(xiàn)對MIMO性能的真實(shí)測試。然而，使用測試設(shè)備為早期研發(fā)提供可重復(fù)的實(shí)際環(huán)境仿真將會非常困難。
本文小結(jié)
與任何新技術(shù)一樣，LTE也提出了非常多的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。歷史已證明，挑戰(zhàn)通常會隨著時間流逝而變得簡單。例如，15年前，設(shè)計(jì)人員憑借遠(yuǎn)低于現(xiàn)有水平的計(jì)算能力、設(shè)計(jì)和仿真工具以及測試設(shè)備幫助GSM發(fā)展成為通信行業(yè)的主流技術(shù)。如今，GSM看起來比后來的技術(shù)都簡單。LTE有可能會經(jīng)歷相似的過程。
安捷倫獨(dú)有的LTE“連接解決方案”將安捷倫廣泛的信號發(fā)生和分析設(shè)備、ESG和MXG矢量信號發(fā)生器、Agilent MXA信號分析儀、PSA系列頻譜分析儀、先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(ADS)仿真環(huán)境及LTE無線程序庫連接到一起，創(chuàng)建出全面的測試解決方案，幫助研發(fā)工程師更好地迎接新興的LTE技術(shù)。這些測試解決方案僅僅是LTE設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的開始。隨著協(xié)議的發(fā)展，協(xié)議一致性測試和網(wǎng)絡(luò)仿真解決方案也將隨之而來。LTE可能面臨著許多的挑戰(zhàn)，但隨著強(qiáng)大的測試設(shè)備解決方案更早地推出，這些挑戰(zhàn)將迎刃而解。