測(cè)試LTE：您需要知道什么

既然首批LTE網(wǎng)絡(luò)已投入使用，那么競(jìng)賽題目就轉(zhuǎn)向了大規(guī)模提供移動(dòng)寬帶服務(wù)方面。但是，是否所有技術(shù)問題都已解決，還是在用戶獲得下一代蜂窩技術(shù)的全部好處前仍然有問題需要克服？除了技術(shù)問題以外，LTE服務(wù)的一些更廣泛方面仍然有待決定。本文在測(cè)試工程師所面臨挑戰(zhàn)的意義上考察了這方面的一些問題。

在考察有關(guān)用戶設(shè)備（UE）設(shè)計(jì)的技術(shù)問題之前，采取更廣闊的視野可以揭示其他一些潛在陷阱：

在本文撰寫時(shí)，LTE設(shè)備的正式認(rèn)證尚未開始。主要認(rèn)證機(jī)構(gòu)（GCF [參考資料1]，PTCRB [參考資料2]）計(jì)劃在2010年12月推出用于協(xié)議、RF及無線資源管理的一致性測(cè)試方案。但由于一些市場(chǎng)已開始銷售LTE設(shè)備，因此產(chǎn)生了下面的問題：這些設(shè)備將來是否能夠通過這些一致性測(cè)試？

對(duì)于支持高數(shù)據(jù)率（下行鏈路100Mbps，上行鏈路50Mbps）的LTE Category 3設(shè)備，回程容量（backhaul capacity ）是否能夠應(yīng)付之？從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著LTE用戶數(shù)量的增加，小區(qū)中所有用戶在無線網(wǎng)絡(luò)上的帶寬共享將成為一個(gè)重要因素，如果小區(qū)中用戶數(shù)量太多，那么性能就可能受到影響。另外，隨著活動(dòng)用戶數(shù)量的增加，小區(qū)邊緣性能將受到更高信噪比（SNR）的影響。

對(duì)于潛在的全球移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，還要滿足數(shù)據(jù)用戶對(duì)全球漫游的期望。盡管這在技術(shù)上是可行的，但漫游數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收費(fèi)過高的問題還需要加以解決。另一方面，對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來說，統(tǒng)一費(fèi)率數(shù)據(jù)方案已成為一個(gè)問題，因?yàn)樘峁┳儎?dòng)的，但幾乎肯定是不斷增加的數(shù)據(jù)量而獲得的卻是固定的收入。

由于LTE是CDMA2000網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（如Verizon Wireless）的下一代技術(shù)選擇，所以與3GPP2 CDMA2000 高費(fèi)率分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互通是一個(gè)明確要求。在 LTE無線網(wǎng)絡(luò)接口處合并3GPP和3GPP2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫且粋€(gè)有意思的進(jìn)展，這需要進(jìn)行周密的測(cè)試，以確保其運(yùn)行達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來說，維持同時(shí)使用IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)將會(huì)是一大挑戰(zhàn)。主流網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在2010年移動(dòng)通信世界大會(huì)（Mobile World Congress 2010）上宣布的有關(guān)VoLTE（語音LTE）標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議將在很大程度上解決這個(gè)問題。但是，使用3GPP的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）的該技術(shù)仍然需要進(jìn)行大規(guī)模部署。

迎接挑戰(zhàn)

要滿足LTE終端設(shè)備的嚴(yán)格要求，關(guān)鍵在于將設(shè)計(jì)分成子系統(tǒng)，并制定一個(gè)允許在測(cè)試完整設(shè)備之前對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行徹底檢驗(yàn)的測(cè)試計(jì)劃。如果不采用這種模塊化方案，則問題的診斷可能拖到項(xiàng)目的很晚時(shí)候，以致難以管理最終發(fā)布階段，包括現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及一致性測(cè)試。

測(cè)量需求

無論設(shè)備設(shè)計(jì)是從頭開始、基于較早前的設(shè)計(jì)還是使用第三方集成組件，都需要進(jìn)行多項(xiàng)關(guān)鍵性能測(cè)量。其中一些測(cè)量（如最大輸出功率、功率控制和接收機(jī)靈敏度）是早前技術(shù)已經(jīng)熟悉的，但由于所用的傳輸方式（下行鏈路中為OFDMA，上行鏈路中為SC-FDMA）不同，所以需要新測(cè)量設(shè)備來支持這些測(cè)試。

其他測(cè)量是LTE特有的。例如，對(duì)于其OFDMA傳輸方式，子載波誤差向量幅度（EVM）變成調(diào)制器性能的一項(xiàng)重要測(cè)試。隨著700-MHz模擬TV頻譜的可供使用，LTE將以低于GSM或WCDMA的頻率來部署，從而得到大很多的帶寬：20 MHz/700 MHz = 2.8%，相比之下，對(duì)于典型的WCDMA設(shè)備，5 MHz/2100 MHz = 0.24%。這會(huì)對(duì)一些調(diào)制器架構(gòu)帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致帶邊處的EVM值較高，所以在設(shè)計(jì)階段要特別注意這一點(diǎn)。

由于一些測(cè)試（如功率控制）的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，所以需要使用信令協(xié)議來建立測(cè)量條件。這就要求測(cè)試設(shè)備必須包括協(xié)議棧和模擬演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)B（eNB）基站。由于這些測(cè)量通常是由RF工程師而不是協(xié)議專家來執(zhí)行的，所以所用的測(cè)試設(shè)備必須易于配置，使工程師能夠?qū)⒕杏跍y(cè)量本身。

協(xié)議測(cè)試

協(xié)議棧開發(fā)者面臨的主要挑戰(zhàn)之一是確保狀態(tài)變化響應(yīng)要求得到滿足。雖然LTE規(guī)范已經(jīng)將終端設(shè)備的可能狀態(tài)數(shù)量減少到RRC_IDLE和RRC_CONNECTED，但是在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所需的時(shí)間將構(gòu)成時(shí)延預(yù)算的一大部分。

在 RRC_IDLE模式下，盡可能多的設(shè)備電子將處于低功耗狀態(tài)，以確保出色的電池壽命，接收機(jī)被周期性地激活以檢查尋呼消息。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間預(yù)定后，設(shè)備必須處于喚醒狀態(tài)并快速同步其上行鏈路。

在協(xié)議測(cè)試過程中，用于生成測(cè)試用例的工作量常常與創(chuàng)建協(xié)議棧的工作量一樣多，所以擁有全面而高效的測(cè)試設(shè)施很重要。為了能夠細(xì)分測(cè)試，重要的是能夠測(cè)量用戶平面和控制平面中的每個(gè)子層。協(xié)議測(cè)試診斷功能在查找故障時(shí)很重要。通常，這包括帶時(shí)戳的消息日志記錄和解碼。但重要的是這也可以用于每個(gè)子層，以提供跟蹤信令消息流動(dòng)細(xì)節(jié)的功能（從MAC PDU直到RRC消息），從而確保定時(shí)要求得到滿足。

要想能夠?yàn)槊總€(gè)層創(chuàng)建測(cè)試情景，就必須擁有對(duì)測(cè)試設(shè)備的詳細(xì)控制，但這需要盡可能地易于使用，以避免痛苦的學(xué)習(xí)過程。圖形化測(cè)試描述（例如由情景向?qū)峁┑模┨峁┝硕x新測(cè)試的最清晰方法（圖1）。

性能測(cè)試

一旦RF、基帶、協(xié)議棧和應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)集成，接下來就需要對(duì)整體設(shè)備性能進(jìn)行全面測(cè)試。在此階段期間，必須查出和消除數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，以最大化數(shù)據(jù)吞吐量——包括在正常和極端溫度及電源電壓條件下。另外還需要在滿負(fù)荷條件下測(cè)量功耗、熱特性、電磁兼容性（EMC）、發(fā)射及磁化率。一般情況下，這需要使用2x2下行鏈路多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)。

測(cè)試設(shè)備要能夠在小區(qū)之間無縫交接數(shù)據(jù)，同時(shí)最小化對(duì)數(shù)據(jù)吞吐率的影響，就像要能夠在不同無線接入技術(shù)之間進(jìn)行交接數(shù)據(jù)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)連接一樣。已有多家供應(yīng)商推出了設(shè)計(jì)緊湊、靈活和模塊化的測(cè)試儀器。例如，Aeroflex的LTE測(cè)試產(chǎn)品就支持用于測(cè)試LTE設(shè)備性能的所有功能（圖2）。

雖然LTE物理層使用循環(huán)前綴來增加對(duì)多徑效應(yīng)的抵制，但需要對(duì)之進(jìn)行測(cè)試，以確保正確運(yùn)行。將此測(cè)試留到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段會(huì)增加開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。幸運(yùn)的是，測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商提供了內(nèi)建衰落模擬器和噪聲發(fā)生器的工具，用來在實(shí)驗(yàn)室中模擬實(shí)際信號(hào)條件。

LTE設(shè)備的一個(gè)重要性能參數(shù)是其實(shí)現(xiàn)和保持與下行鏈路信號(hào)同步的能力。LTE OFDMA傳輸方式使用頻率間隔為15 kHz的子載波。接收機(jī)也必須對(duì)子載波處于精確調(diào)諧狀態(tài)，即使存在多普勒頻移效應(yīng)也不例外。不同步會(huì)導(dǎo)致子載波間的相互干擾，從而降低信噪比。要檢驗(yàn)設(shè)備的行為，同樣必須能夠在實(shí)驗(yàn)室中模擬多普勒頻移效應(yīng)。

結(jié)束語

下一代移動(dòng)設(shè)備需要提供能夠滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的希望與期待的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)。所以必須使用逐層方案來測(cè)試新LTE設(shè)備，建立起基于實(shí)際信號(hào)條件的端到端測(cè)試情景。確保設(shè)備性能在整個(gè)小區(qū)內(nèi)得到保持將是最艱巨的挑戰(zhàn)，特別在小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)量增加以及由此而產(chǎn)生的信號(hào)噪聲電平上升的情況下。

LTE設(shè)備測(cè)試不僅要精確和高效，還要覆蓋全面的測(cè)試范圍——包括RF、協(xié)議和系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。測(cè)試設(shè)備廠商正在提供這一功能，新型及升級(jí)型儀器、測(cè)試儀和系統(tǒng)已陸續(xù)上市。

以盡可能高效的方式實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量和低時(shí)延（就功耗和RF頻譜使用而言）是引入LTE技術(shù)的主要目的。但只有在開發(fā)和部署階段進(jìn)行周密的測(cè)試才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。