如何測(cè)試LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)中的載波聚合

時(shí)間：2012-10-18 20:00:11

關(guān)鍵字：載波聚合 LTE-ADVANCED 帶寬

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[導(dǎo)讀]針對(duì)LTE-Advanced，3GPP Release 10推出了幾項(xiàng)新功能來增強(qiáng)現(xiàn)有LTE標(biāo)準(zhǔn)，這些功能旨在將峰值下行鏈路數(shù)據(jù)速率提升到1Gbps以上，同時(shí)減小延時(shí)、提高頻譜效率。此外，還設(shè)定了達(dá)到最大可能的小區(qū)邊緣用戶吞吐量目標(biāo)。

針對(duì)LTE-Advanced，3GPP Release 10推出了幾項(xiàng)新功能來增強(qiáng)現(xiàn)有LTE標(biāo)準(zhǔn)，這些功能旨在將峰值下行鏈路數(shù)據(jù)速率提升到1Gbps以上，同時(shí)減小延時(shí)、提高頻譜效率。此外，還設(shè)定了達(dá)到最大可能的小區(qū)邊緣用戶吞吐量目標(biāo)。

如果要達(dá)到高數(shù)據(jù)速率目標(biāo)，LTE-Advanced要求信道帶寬比LTE目前規(guī)定的20MHz寬得多,僅靠大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商可用的有限頻段內(nèi)的單個(gè)載波是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，載波聚合將是滿足更寬有效帶寬(通常高達(dá)100MHz)的一個(gè)關(guān)鍵措施。這意味著需要將由連續(xù)或非連續(xù)頻譜組成的多個(gè)載波累加起來實(shí)現(xiàn)這些更寬的信道帶寬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率。

要想在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)載波聚合，運(yùn)營(yíng)商和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商需要在實(shí)際移動(dòng)終端設(shè)備推出之前就能用上具有載波聚合功能的測(cè)試移動(dòng)終端。

向LTE-Advanced的演變

針對(duì)LTE-Advanced的3GPP計(jì)劃宗旨是在國(guó)際電信聯(lián)盟射頻通信部門規(guī)定的時(shí)限內(nèi)滿足或超過IMT-Advanced要求。IMT-Advanced的關(guān)鍵目標(biāo)是：100MHz帶寬，1Gbps下行鏈路數(shù)據(jù)速率，500Mbps上行鏈路數(shù)據(jù)速率，下行和上行分別采用8x8 MIMO和4x4 MIMO。C平面延時(shí)最大值為50ms，U層延時(shí)小于或等于5ms。表1將這些目標(biāo)與LTE Release 8和LTE-Advanced的指標(biāo)進(jìn)行了比較。

表1：3GPP LTE-Advanced指標(biāo)與LTE Release 8及IMT-Advanced目標(biāo)的比較。

LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)將提供比Release 8 LTE更高的平均頻譜效率和小區(qū)邊緣用戶吞吐量，并且由于新分配的頻段而具有更大的頻譜靈活性。自組織組網(wǎng)和部署將成為L(zhǎng)TE-A的主要部分，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性使得人工優(yōu)化難以實(shí)施。值得注意的是，在干預(yù)期內(nèi)從LTE(Release 8)到LTE-A將是一種平滑而且低成本的過渡。

另外，LTE-A需要與LTE共存，在基礎(chǔ)設(shè)施方面將是一個(gè)漸進(jìn)式的發(fā)展，終端也會(huì)逐步做出更新。功能同樣需要是可擴(kuò)展的

帶寬

由于頻譜已經(jīng)非常擁擠，因此管理機(jī)構(gòu)很難在連續(xù)頻譜部分分配出100MHz帶寬。同樣，已經(jīng)分配給LTE的大部分頻段(見表2(a)和(b))本身也不夠?qū)挼教峁㎜TE-A規(guī)定的100MHz帶寬。還有一個(gè)與傳統(tǒng)系統(tǒng)有關(guān)的問題，即有些帶寬已經(jīng)被先于LTE Release 8發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)所占用。因此有必要以眾多規(guī)范方式中的一種將可用頻段組合起來，這就是眾所周知的載波聚合技術(shù)。

表2(a) LTE FDD的頻段分配；

表2(b) LTE TDD的頻段分配。

載波聚合是為了取得更寬帶寬傳輸而進(jìn)行靈活頻譜分配的一種手段。高達(dá)100MHz的完整系統(tǒng)帶寬可能由兩個(gè)到5個(gè)被稱為成員載波(CC)的基本頻率塊組成。至少一些成員載波后向兼容Release 8 LTE，而聚合后的帶寬可能由來自相同頻段的成員載波(帶內(nèi)載波聚合)或來自不同頻段的成員載波(帶外載波聚合)組成。LTE-A的帶內(nèi)載波聚合支持連續(xù)和非連續(xù)頻譜。圖1給出了一些例子。

圖1：載波聚合例子。

圖1中的第一張圖顯示了連續(xù)帶內(nèi)載波聚合的情況，其中100MHz帶寬由聚合相鄰頻段的5個(gè)成員載波實(shí)現(xiàn)。第二張圖顯示了非連續(xù)帶內(nèi)載波聚合情況。從圖中可以看出，在成員載波之間存在分段的帶寬。最后一張圖展示的是帶外載波聚合：帶外載波聚合明顯是非連續(xù)的，因?yàn)樵诔蓡T載波之間存在分段的帶寬。

對(duì)于頻分復(fù)用(FDD)來說，上下行鏈路可能支持不對(duì)稱帶寬。對(duì)稱工作的定義是下行鏈路和上行鏈路具有相同數(shù)量的成員載波，而不對(duì)稱工作時(shí)下行鏈路的成員載波數(shù)量要比上行鏈路多。在時(shí)分復(fù)用(TDD)中，上行鏈路和下行鏈路總是對(duì)稱的，因?yàn)樗鼈児蚕硐嗤妮d波。進(jìn)一步的考慮在于帶內(nèi)對(duì)稱性，如圖2所示，這與聚合后的載波是否在聚合帶寬上形成鏡像有關(guān)。

圖2：帶內(nèi)對(duì)稱性。

對(duì)于LTE-A(3GPP Release 10)來說，載波聚合被認(rèn)為在頻段內(nèi)是對(duì)稱的，除非另有說明。對(duì)稱的優(yōu)勢(shì)在于，零中頻接收機(jī)能夠避免在直流點(diǎn)出現(xiàn)數(shù)據(jù)資源單元(RE)的重疊。

3GPP為L(zhǎng)TE-A的初始調(diào)查規(guī)定了許多載波聚合情景，其架構(gòu)使用多達(dá)3個(gè)收發(fā)器鏈，并能工作在300MHz至6GHz范圍內(nèi)的任何頻率。這給eNodeB和用戶設(shè)備(UE)帶來了一些很大的設(shè)計(jì)問題。未來所有5個(gè)成員載波將被允許是非連續(xù)的，如圖3所示，這將進(jìn)一步增加收發(fā)器鏈的數(shù)量。

圖3：5個(gè)非連續(xù)的成員載波

一對(duì)成員載波被稱為服務(wù)小區(qū)。其中一個(gè)服務(wù)小區(qū)被指定為主小區(qū)，另一個(gè)被稱為次小區(qū)。主小區(qū)是最重要的，管理著載波聚合配置。次小區(qū)中不允許RACH過程。在配置小區(qū)時(shí)，小區(qū)會(huì)被分配一個(gè)‘服務(wù)小區(qū)索引值’，這個(gè)值代表了小區(qū)的相對(duì)重要性——服務(wù)小區(qū)索引值越小，這個(gè)服務(wù)小區(qū)就越重要。主小區(qū)的服務(wù)小區(qū)索引值總是為零。

載波聚合的多功能性使得網(wǎng)絡(luò)部署變得更加容易，因?yàn)榈诙€(gè)成員載波既可以用來將數(shù)據(jù)速率提升至接近eNodeB，以消除小區(qū)邊緣的弱覆蓋率，也可以用來服務(wù)峰值速率非常重要的熱點(diǎn)區(qū)域。圖4顯示了這些應(yīng)用的各種例子，這些例子在3GPP的可靠性研究中都有明確。還有兩種應(yīng)用情景(圖中沒有顯示)將遠(yuǎn)程無線電頭端(RRH)用于非共存小區(qū)，這種小區(qū)將在Release 11中得到支持。

圖4(上面)展示了許多可能的LTE-Advanced載波聚合應(yīng)用情景中的三種，其中每種情景下的頻率f1都是用灰色顯示，f2用藍(lán)色顯示：(a)f1用于提高覆蓋率，f2用于提升數(shù)據(jù)速率(f2>f1)；(b)兩種頻率都能用來提高小區(qū)吞吐量；(c)f1提供宏覆蓋，f2用于提升熱點(diǎn)的吞吐量

為了正確測(cè)試LTE-Advanced，測(cè)試系統(tǒng)需要支持許多網(wǎng)絡(luò)測(cè)試與驗(yàn)證功能，包括支持載波聚合測(cè)試。例如在2011年全球移動(dòng)大會(huì)上，Aeroflex TM500測(cè)試移動(dòng)終端就被用于LTE載波聚合的早期演示，它將800MHz和2.6GHz頻譜組合在了一起。這樣能夠形成一條LTE數(shù)據(jù)“管道”，這條管道不僅組合了兩個(gè)頻段的容量，而且最大程度地發(fā)揮了較低頻段卓越傳播能力的優(yōu)勢(shì)。3G版的TM500已經(jīng)提供了一種載波聚合，它利用了雙載波HSDPA(DC-HSDPA)的可用性。這種功能現(xiàn)在已做到了產(chǎn)品化的TM500 LTE測(cè)試移動(dòng)終端上，可用于測(cè)試LTE基站或eNodeB。

好的LTE測(cè)試系統(tǒng)還需要能夠創(chuàng)建和執(zhí)行腳本以便在測(cè)試移動(dòng)終端支持的各種模式下執(zhí)行測(cè)試，而這些腳本還可以存儲(chǔ)起來供日后使用。這種功能包含了在測(cè)試場(chǎng)景運(yùn)行時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的需求，對(duì)測(cè)試結(jié)果的后續(xù)分析需求，以及用于分析的可定制工具和圖表。

比如TMA，它提供了能夠針對(duì)用戶要求剪裁的工作環(huán)境。圖5(a)顯示了能夠?yàn)g覽和監(jiān)視載波聚合吞吐量的窗口，圖5(b)顯示了聚合的小區(qū)概覽，包括信道和聚合后的數(shù)據(jù)吞吐量數(shù)據(jù)。

圖5(a)

圖5(b)

圖6對(duì)TMA具有的測(cè)試功能進(jìn)行了總結(jié)。簡(jiǎn)單地說這些功能包括：低層KPI，比如聚合后的和每個(gè)載波的吞吐量，BLER測(cè)量以及小區(qū)質(zhì)量測(cè)量；豐富的記錄功能，包括信道功率和質(zhì)量，物理層每個(gè)TTI的控制和信令，第二層的MAC、RLC、PDU；高層記錄，具有全面的協(xié)議記錄以及RRC和NAS消息功能。集成與驗(yàn)證/回歸測(cè)試功能，其中包括切換測(cè)試，腳本類型測(cè)試，如信道質(zhì)量和無線資源監(jiān)視(RRM)，還提供負(fù)面測(cè)試功能。

圖6

連續(xù)和非連續(xù)頻段的載波聚合已經(jīng)被確認(rèn)為是向LTE-Advanced演進(jìn)過程中最重要的方法之一，同時(shí)也被認(rèn)識(shí)到將給用戶設(shè)備和eNodeB的設(shè)計(jì)帶來艱巨的挑戰(zhàn)。蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商在推出真正的終端和手機(jī)之前需要一種可靠的測(cè)試移動(dòng)終端來測(cè)試他們的網(wǎng)絡(luò)，而對(duì)用來推動(dòng)LTE-Advanced的eNodeB開發(fā)來說，在這個(gè)早期階段向他們提供載波聚合能力被證明是非常必要的。