箭在弦上的4G/LTE測(cè)試

　    摘要：通過(guò)各個(gè)廠商的觀點(diǎn)，探討4G/LTE測(cè)試的全新需求與應(yīng)對(duì)策略。

　    2013年會(huì)不會(huì)成為中國(guó)的4G元年，這個(gè)問(wèn)題從2012年底就開始沸沸揚(yáng)揚(yáng)地?zé)岢粗?，不管?huì)不會(huì)在今年發(fā)放4G拍照，2013年4G實(shí)驗(yàn)網(wǎng)將在國(guó)內(nèi)更廣泛的部署，并且做好商用前的測(cè)試準(zhǔn)備，這點(diǎn)是毋庸置疑的，而在這個(gè)過(guò)程中，軟硬件和測(cè)試是其中最重要的技術(shù)支撐，其中，測(cè)試又是商用前最關(guān)鍵的保障，這意味著測(cè)試企業(yè)的巨大商機(jī)。

　　來(lái)自LTE的挑戰(zhàn)

　　相對(duì)于3G通信標(biāo)準(zhǔn) ， 4G/LTE是全新的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，那么對(duì)測(cè)試的需求也是全新的， 要滿足3GPP規(guī)范的所有LTE的測(cè)試項(xiàng)目的要求。羅德與施瓦茨中國(guó)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理湯日波介紹，對(duì)LTE本身的測(cè)試，相比3G來(lái)講，是全新的物理層結(jié)構(gòu)，面向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，更快的頻段帶寬，傳輸更快的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)還要面向未來(lái)的LTE-A的要求。測(cè)試儀器需要全新的測(cè)試平臺(tái)。LTE本身含TDD和FDD模式，全球的LTE頻段非常多。另外，通常LTE終端還要兼容2G和3G的不同頻段和模式，所以在LTE和其它標(biāo)準(zhǔn)共存的時(shí)期，為達(dá)到更好的地域覆蓋，LTE與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)之間的切換就變得至關(guān)重要。以中國(guó)移動(dòng)去年發(fā)表的TD-LTE終端需求白皮書來(lái)看，建議終端5模10頻段-12 頻段，對(duì)測(cè)試儀器的要求就更加廣泛，通常手機(jī)中還要要求測(cè)試WiFi、藍(lán)牙、GPS、FM、 甚至CMMB等。當(dāng)然，現(xiàn)在的2G/3G經(jīng)驗(yàn)告訴我們，消費(fèi)者對(duì)終端電池待機(jī)時(shí)間的要求使低功耗也成為一個(gè)挑戰(zhàn)。最后eNodeB廠家還必須保證系統(tǒng)的按時(shí)交付使用。這些都對(duì)3G LTE的系統(tǒng)測(cè)試和芯片測(cè)試提出了很大挑戰(zhàn)。

　　相比于3G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，4G/LTE終端產(chǎn)品的測(cè)試項(xiàng)目要多出近百項(xiàng)。不僅無(wú)線制式在增加，終端支持的頻段也在增加。這對(duì)生產(chǎn)測(cè)試提出了更高的要求，測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試時(shí)間達(dá)以前的數(shù)倍。測(cè)試時(shí)間的增加意味著測(cè)試成本的提高，如何尋找快速有效的測(cè)試方法，則成為針對(duì)4G/LTE系統(tǒng)測(cè)試的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。另一方面，隨著數(shù)據(jù)傳輸量的上升，測(cè)量的復(fù)雜性也隨之增加，4G/LTE信號(hào)的調(diào)制解調(diào)需要提高一個(gè)數(shù)量級(jí)的信號(hào)處理能力，這些都對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)提出了新的要求。

　　LitePoint公司總部產(chǎn)品營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)John Lukez詳細(xì)列舉了LTE測(cè)試相比于3G測(cè)試的挑戰(zhàn)之處。

　　首先，LTE使用的信道帶寬更大，目前使用的是20MHz，而今后在引入LTE-Advanced技術(shù)后將可能增加到100MHz，而3G系統(tǒng)基帶帶寬都在5MHz以下。所以測(cè)試儀表在設(shè)計(jì)中就需要能夠支持這樣的寬帶信號(hào)處理，而且要能在硬件改動(dòng)不大的情況下擴(kuò)展到支持LTE-Advanced的更大帶寬，即比3G(W-CDMA)系統(tǒng)要求的帶寬大5到20倍的同時(shí)要做的可擴(kuò)展，這將使許多現(xiàn)有3G測(cè)試系統(tǒng)被淘汰出局。　　

             

　　其次，LTE使用階數(shù)更高的調(diào)制技術(shù)(64QAM)，因而要求測(cè)試設(shè)備接收器具有更好的處理信噪和失真方面的性能，從而能夠精確地測(cè)量這些數(shù)據(jù)率更高，且有很高峰/均值比的信號(hào)。

　　第三，LTE-advanced技術(shù)將會(huì)同時(shí)使用連續(xù)和非連續(xù)信道綁定技術(shù)來(lái)提供比LTE技術(shù)更高的數(shù)據(jù)率。這種技術(shù)能在相同的頻帶內(nèi)、甚至以跨頻帶的形式使用多個(gè)20MHz的信道。如果在相同的頻帶內(nèi)，這可使儀器的帶寬需求提高到100MHz之大(即5個(gè)20MHz)。如果是跨頻帶的情況(即 4–1700MHz ，2100MHz 和17–700MHz幾個(gè)頻帶)，那么，儀表配置就需要支持測(cè)試儀內(nèi)的多個(gè)同步的信號(hào)發(fā)生源(VSG)和信號(hào)分析儀(VSA)。這是一種更具挑戰(zhàn)性的要求，因而老一代測(cè)試設(shè)備無(wú)法支持。

　　第四， LTE是特別強(qiáng)調(diào)多天線技術(shù)的, 從2x2 MIMO, 4x2 MIMO, 到以后的8天線, 多天線的配置是更加的復(fù)雜; 對(duì)于測(cè)試儀表來(lái)說(shuō), 在基帶處理上要能支持這樣的配置, 特別是在上行和下行的射頻端口的設(shè)計(jì)上要充分考慮到多天線的要求, 而且要留下可擴(kuò)展的余地。

　　最后，LTE在全球有40個(gè)或甚至更多已定義的頻帶，因此，智能手機(jī)如想覆蓋全球所有的LTE頻帶，就需要支持多達(dá)10個(gè)頻帶(比3G技術(shù)要求的5個(gè)多得多)。這意味著需要為智能手機(jī)設(shè)計(jì)更多的天線，并且測(cè)試設(shè)備應(yīng)帶有更多的射頻端口，即LTE測(cè)試設(shè)備需支持更多的射頻端口(每部手機(jī)3個(gè))。

　　基站與終端測(cè)試

　　這些挑戰(zhàn)具體到基站測(cè)試系統(tǒng)的搭建方面，就演化出多種測(cè)試方案設(shè)計(jì)的變化。安立公司3G/LTE 項(xiàng)目副經(jīng)理胡浩總結(jié)了相關(guān)所用的各種測(cè)試儀器。對(duì)于終端來(lái)說(shuō)，需要的測(cè)試方案相對(duì)復(fù)雜，在芯片協(xié)議棧開發(fā)中，需要用到信令分析儀; 在整機(jī)硬件研發(fā)中，需要用到綜測(cè)儀，頻譜儀，信號(hào)源;在整機(jī)的測(cè)試中，需要一致性測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)用測(cè)試儀，以及運(yùn)營(yíng)商接受測(cè)試方案。在整機(jī)生產(chǎn)制造中，一般需要基于非信令的綜測(cè)儀。對(duì)于基站設(shè)備來(lái)說(shuō)，在研發(fā)和制造中，需要頻譜儀和信號(hào)源;在基站安裝和維護(hù)中, 需要各種手持儀表。

　　安捷倫科技電子儀器事業(yè)部高級(jí)市場(chǎng)工程師黃萍則介紹了基于這些設(shè)備，在基站與終端測(cè)試不同應(yīng)用中如何具體應(yīng)對(duì)LTE測(cè)試的新挑戰(zhàn)。

　　(1)由于 LTE 性能目標(biāo)設(shè)立得非常高，工程師們必須精心地進(jìn)行設(shè)計(jì)折中，以便在無(wú)線發(fā)射機(jī)鏈路的各個(gè)關(guān)鍵部分實(shí)現(xiàn)最佳平衡。LTE 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是最大限度減少無(wú)效發(fā)射，特別是可能在任何頻率上產(chǎn)生的雜散發(fā)射。因此LTE在頻段邊緣發(fā)射信號(hào)必須符合嚴(yán)格的功率泄露要求，設(shè)計(jì)者面臨著很多挑戰(zhàn)。LTE 支持最大 20 MHz 的信道帶寬，但許多頻段太窄，無(wú)法支持太多的信道，因此大部分 LTE 信道都處于頻段的邊緣?？刂瓢l(fā)射機(jī)在頻段邊緣的性能需要設(shè)計(jì)濾波功能，以便在不影響信道內(nèi)性能的情況下濾除帶外發(fā)射。此外還需要考慮成本、功率效率、物理體積以及在發(fā)射機(jī)方框圖中的位置等。最后，LTE 發(fā)射機(jī)必須滿足針對(duì)無(wú)效發(fā)射的所有指定限制，包括對(duì)泄露到鄰近信道的功率量 (ACLR) 的限制。然而使用 LTE 應(yīng)用軟件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，受多種因素的影響，鄰近信道帶寬的變化、發(fā)射濾波器的選擇、不同帶寬和不同干擾靈敏度的信道之間的射頻變量的交互使得這些測(cè)量非常復(fù)雜。應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的實(shí)用解決方案是使用安裝有特定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)用軟件的頻譜分析儀或信號(hào)分析儀。此組合能夠減少?gòu)?fù)雜測(cè)量中的錯(cuò)誤，自動(dòng)配置限制表和指定的測(cè)試裝置，確保測(cè)量具有出色的可重復(fù)性。使用分析儀優(yōu)化技術(shù)可以進(jìn)一步改善測(cè)量結(jié)果。

　　(2)TD-LTE系統(tǒng)在上行鏈路中采用混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQ)技術(shù)，來(lái)保證系統(tǒng)性能。在TD-LTE多天線基站研發(fā)測(cè)試中，要求測(cè)試儀器必須具備信號(hào)產(chǎn)生，信道模擬以及實(shí)時(shí)響應(yīng)的功能，從而模擬真實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)實(shí)時(shí)吞吐率。該項(xiàng)測(cè)試是LTE基站測(cè)試規(guī)范中第8章系統(tǒng)性能測(cè)試的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也一直是研發(fā)設(shè)計(jì)和測(cè)試人員關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)。