TD-LTE技術(shù)及測(cè)量

3G(third-generation)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)正在全球展開(kāi)部署。W-CDMA通過(guò)在下行和上行中增加HSPA(high speed packet access)以保持著中期競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，它使得小區(qū)峰值速率可達(dá)到7.2Mbps， 并期望單用戶(hù)數(shù)據(jù)速率達(dá)到1.5 Mbps。為了確保未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)力，LTE (long-term evolution)第一次在3GPP(3rd Generation Pa標(biāo)準(zhǔn)rtnership Project) UMTS 規(guī)范的第8版本中指明，為滿(mǎn)足下一個(gè)十年對(duì)新興的“移動(dòng)寬帶”的需求，系統(tǒng)峰值速率預(yù)期將超過(guò)300Mbps。

到目前為止LTE的大多數(shù)工作集中在FDD(Frequency Division Duplex)。隨著中國(guó)TD-SCDMA的不斷成熟與網(wǎng)絡(luò)化實(shí)施，基于TDD(Time Division Duplex)的LTE 的另一種模式，即現(xiàn)在大家所知道的TD-LTE，也進(jìn)入了3GPP LTE 的規(guī)范。LTE TDD可以更靈活地使用非對(duì)稱(chēng)頻譜資源?，F(xiàn)在，越來(lái)越多芯片和設(shè)備廠商將TDD的性能包含在設(shè)計(jì)中。

與先前的GSM/EDGE和W-CDMA標(biāo)準(zhǔn)相比，LTE標(biāo)準(zhǔn)文件從最初的技術(shù)建議提交到最終商業(yè)版本的時(shí)間很短，特別是較晚添加至標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE，這個(gè)過(guò)程更短。對(duì)于手機(jī)和數(shù)據(jù)卡，LTE規(guī)范的最大RF帶寬20MHz已經(jīng)使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生改變，對(duì)終端設(shè)備要求支持多種制式，其中包括要與傳統(tǒng)系統(tǒng)的兼容等問(wèn)題，這些使得設(shè)計(jì)者更多地使用軟件無(wú)線(xiàn)電。新的設(shè)計(jì)要求更多的模擬/數(shù)字域交替測(cè)試以及“數(shù)字輸入，射頻輸出”，這意味著設(shè)計(jì)者需要新的測(cè)試工具和測(cè)量方法。

TD-LTE指定的頻率范圍是1850到2620MHz，并且使用與FDD相同的MIMO情形和上下行調(diào)制制式：下行為OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)，上行為SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access)。如下圖所示，TD-LTE使用兩種幀結(jié)構(gòu)，每個(gè)幀包含10個(gè)子幀，長(zhǎng)度為10ms。

以“5ms”為切換周期的幀有兩個(gè)特殊的同步子幀，而以“10ms”為切換周期的只有一個(gè)，這樣可以提供更靈活的上/下行配置。根據(jù)瞬時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，?shù)據(jù)幀可以靈活地使用所示的7種預(yù)置配置中的任何一個(gè)。

TD-LTE 幀結(jié)構(gòu)

一個(gè)1ms下行子幀包含的數(shù)據(jù)塊(resource blocks)被預(yù)先指定給不同的用戶(hù)，而上行子幀只包含用戶(hù)到基站(eNB)的數(shù)據(jù)。對(duì)于小型數(shù)據(jù)包，指定的延遲(從發(fā)出請(qǐng)求到收到回復(fù)的時(shí)間)目標(biāo)是5ms，或半個(gè)幀。所以系統(tǒng)時(shí)間，包括用于補(bǔ)償?shù)絜NB距離的時(shí)間偏移，非常重要。目前的系統(tǒng)是低速率(固定用戶(hù)或步行用戶(hù))優(yōu)化系統(tǒng)，能看到系統(tǒng)的最高速率性能，但是最終會(huì)延申到支持高達(dá)500kph的移動(dòng)用戶(hù)。

TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)目前包括1.4、3、5、10、15和20MHz(與帶寬可變的LTE FDD相同)RF通道的指標(biāo)和測(cè)量方法。大多數(shù)測(cè)量方法和測(cè)量項(xiàng)目針對(duì)單個(gè)碼道的數(shù)據(jù)定義，使用單獨(dú)的發(fā)射和接收部分。關(guān)于多碼道和MIMO的配置，仍在討論中。最新的信息，訪問(wèn)

下一個(gè)系列的測(cè)量著重于傳輸質(zhì)量，最主要的度量方法是EVM(error vector magnitude)。對(duì)于下行OFDMA，測(cè)量基于時(shí)域上的一個(gè)子幀(1ms)和頻域上的12個(gè)子載波(180kHz)。上下限取決于調(diào)制復(fù)雜度，調(diào)制階數(shù)越高，上下限越嚴(yán)格。對(duì)于來(lái)自UE的上行SC-FDMA信號(hào)，傳輸質(zhì)量取決于已分配和未分配的資源塊，需要分別測(cè)量通道內(nèi)UE發(fā)射的頻譜和其它帶寬頻譜。EVM和頻譜平坦度用來(lái)說(shuō)明已分配資源塊的情況，帶內(nèi)泄漏和IQ 偏移(載波泄漏)，這些降低網(wǎng)絡(luò)性能的干擾信號(hào)詳細(xì)說(shuō)明未分配資源塊的情況。

VSA 屏幕截圖顯示出上行數(shù)據(jù)特性

基本的接收機(jī)RF性能測(cè)試包括基準(zhǔn)靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、通道內(nèi)選擇性、鄰道選擇性和發(fā)射雜散建立于正規(guī)的呼叫協(xié)議將UE與業(yè)務(wù)信道連通后。在一個(gè)特定值上，BLER (block error rate)必須不能超過(guò)目標(biāo)值并維持目標(biāo)吞吐量，通常為95%。特定值取決于所執(zhí)行的測(cè)試、接收機(jī)帶寬和調(diào)制復(fù)雜度。隨后檢測(cè)接收機(jī)在靜態(tài)和衰落環(huán)境中從專(zhuān)用物理信道里正確解調(diào)專(zhuān)用控制信道的能力，以及對(duì)所有支持的數(shù)據(jù)速率和信道帶寬的檢測(cè)。

TD-LTE設(shè)備必須兼容傳統(tǒng)3GPP系統(tǒng)，一系列的切換情形被詳細(xì)說(shuō)明以確保系統(tǒng)一致性，從而確保用戶(hù)服務(wù)的連續(xù)性，包括從閑置模式到已建立呼叫后的同頻TDD到TDD切換，也包括不同頻的TDD到FDD的切換，乃至切換至3G W-CDMA和HPSA系統(tǒng)，最終從TDD切換至GSM。

LTE FDD和TD-LTE指定的RF環(huán)境要求使用MIMO，測(cè)量和驗(yàn)證方法還未確定。MIMO用于改進(jìn)覆蓋范圍和數(shù)據(jù)傳輸能力，每個(gè)發(fā)射機(jī)廣播它自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)流信號(hào)，接收機(jī)執(zhí)行復(fù)矩陣解調(diào)以還原原始數(shù)據(jù)。構(gòu)成MIMO發(fā)射信號(hào)的單獨(dú)的數(shù)據(jù)流分析較為直接，MIMO接收機(jī)的多信號(hào)測(cè)試則包括實(shí)時(shí)衰落，因而要求專(zhuān)門(mén)的測(cè)試信號(hào)。正確的MIMO接收機(jī)驗(yàn)證仍在3GPP和測(cè)試團(tuán)體的討論中。第一個(gè)LTE的部署將使用2X2 MIMO(即2個(gè)單獨(dú)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī))不過(guò)規(guī)范要求將來(lái)使用最高至4X4 MIMO。

2X2 MIMO結(jié)構(gòu)

這些僅僅是系統(tǒng)測(cè)試需求的開(kāi)始。從芯片設(shè)計(jì)到網(wǎng)絡(luò)部署，在設(shè)計(jì)流程的各個(gè)階段更多的工作是驗(yàn)證終端用戶(hù)的體驗(yàn)。除了保證互用性，全面的測(cè)試將包括驗(yàn)證上千用戶(hù)體驗(yàn)的情形。只有在早期驗(yàn)證了系統(tǒng)的功能性，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商才會(huì)達(dá)成客戶(hù)期望和保持客戶(hù)忠誠(chéng)度。WAP和W-CDMA先前的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)告訴我們對(duì)技術(shù)開(kāi)展部署所潛在的用戶(hù)問(wèn)題 – 從覆蓋、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)速率、電池耗盡時(shí)間到同步交互。在設(shè)計(jì)改動(dòng)之后和部署之前，設(shè)計(jì)者和服務(wù)提供商必須能夠使用可控的和可重復(fù)的測(cè)試場(chǎng)景驗(yàn)證設(shè)計(jì)的最高性能和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況下的設(shè)備性能。協(xié)議和兼容性測(cè)試工具，如安捷倫8960和E6620以及由合作伙伴提供的基于它們的系統(tǒng)Antie，是一個(gè)提供了豐富功能的兼容性驗(yàn)證環(huán)境。

安捷倫已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多個(gè)領(lǐng)先上市的針對(duì)TD-LTE的測(cè)試產(chǎn)品，希望幫助TD-LTE成功演進(jìn)和部署實(shí)施。安捷倫SystemVue和ADS(Advanced Design System) 中的 3GPP LTE TDD無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)仿真庫(kù)，可以直接連接安捷倫MXA信號(hào)分析儀，提供了2X2和4X4 MIMO的LTE TDD全球第一個(gè)全編碼BER測(cè)試解決方案。該方案支持被測(cè)件的全編碼BER測(cè)量，包括多徑衰落的信道損傷仿真。

安捷倫N7625B Signal Studio是一個(gè)基于PC的強(qiáng)大的LTE TDD信號(hào)產(chǎn)生軟件，結(jié)合使用安捷倫N5182A/62A MXG或E4438C ESG矢量信號(hào)發(fā)生器，還有N5106A PXB MIMO接收機(jī)測(cè)試儀可以產(chǎn)生基于標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE信號(hào)。Signal Studio支持3GPP09-Mar(09年3月)發(fā)布的LTE TDD標(biāo)準(zhǔn)，提供產(chǎn)生PDSCH、PHICH、PCFICH、PBCH、PDCCH、PUCCH、PRACH等多個(gè)信道以及發(fā)射DL和UL信號(hào)的能力。這些產(chǎn)品所提供的基本性能將很好的適用于測(cè)試基站和移動(dòng)手機(jī)的部件，比如功率放大器和濾波器，而高級(jí)接收機(jī)測(cè)試性能則支持傳輸層編碼、4X4 MIMO預(yù)編碼和衰落。

安捷倫89600 VSA軟件提供RF和基帶全面的TD-LTE信號(hào)分析工具和物理層測(cè)試以及LTE接收機(jī)和部件的故障診斷。TD-LTE作為一個(gè)單獨(dú)的選件，包括對(duì)下行 (OFDMA)、上行 (SC-FDMA) 和MIMO的分析。VSA軟件提供了一系列業(yè)界領(lǐng)先的性能，EVM < -50 dB(取決于硬件)，帶寬支持1.4 MHz到20MHz。調(diào)制格式包含BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、CAZAC、OSxPRBS、TDD DL/UL配置(0-6)和特殊子幀長(zhǎng)度(0-8)以及2X2 MIMO。該VSA 軟件可以連接并配合用于安捷倫30多種產(chǎn)品，包括頻譜和信號(hào)分析儀、示波器和邏輯分析儀等。它可以測(cè)量LTE從基帶到射頻系統(tǒng)的各個(gè)階段的數(shù)字或模擬信號(hào)。它支持結(jié)合安捷倫EXA和MXA信號(hào)分析儀的2X2 MIMO分析，基于VXI的矢量信號(hào)分析和一系列示波器。它還支持與安捷倫ADS TD-LTE無(wú)線(xiàn)庫(kù)的連接。

總體上說(shuō)，LTE特別是TD-LTE，帶給了開(kāi)發(fā)者、設(shè)計(jì)者以及測(cè)試廠商新的挑戰(zhàn)包括新的RF調(diào)制方案、MIMO天線(xiàn)配置、更高的系統(tǒng)帶寬和容量以及低延遲、數(shù)字及RF域的新測(cè)量方法，還有如何讓系統(tǒng)和測(cè)試開(kāi)發(fā)者通過(guò)學(xué)習(xí)快速掌握這些測(cè)試要點(diǎn)等等。分析指出，預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)將有3千萬(wàn)到8千萬(wàn)的LTE用戶(hù)以及超過(guò)1千億美元的業(yè)務(wù)收入，這些都要求LTE技術(shù)必須成功地推出。