R&S LTE TDD測(cè)試解決方案

LTE和其他無線系統(tǒng)在空中接口上存在很大的不同，對(duì)于測(cè)試就提出了新的要求。R&S憑借其積累的豐富經(jīng)驗(yàn)成果，不僅可以為L(zhǎng)TEFDD，也可以為L(zhǎng)TETDD無線設(shè)備研發(fā)提供完整的測(cè)試產(chǎn)品線。

2007年11月，3GPPRAN151會(huì)議通過了27家公司聯(lián)署的LTETDD融合幀結(jié)構(gòu)的建議，統(tǒng)一了LTETDD的兩種幀結(jié)構(gòu)。融合后的LTETDD幀結(jié)構(gòu)是以TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，這就為TD-SCDMA成功演進(jìn)到LTE乃至4G標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

LTETDD技術(shù)特點(diǎn)

由于FDD和TDD兩種雙工方式在物理特性上所固有的不同，LTE系統(tǒng)為TDD的工作方式進(jìn)行了一系列專門的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)在一定程度上參考和繼承了TD-SCDMA的設(shè)計(jì)思想。

無線幀結(jié)構(gòu)

因?yàn)門DD采用時(shí)間來區(qū)分上、下行，資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，需要保護(hù)時(shí)間間隔來避免上下行之間的收發(fā)干擾，所以LTE分別為FDD和TDD設(shè)計(jì)了各自的幀結(jié)構(gòu)，即Type1和Type2。

在FDDType1中，10ms的無線幀分為10個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀，每個(gè)子幀由兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的slot組成。在TDDType2中，10ms的無線幀由兩個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀組成，每個(gè)半幀由5個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀組成，其中有4個(gè)普通的子幀和1個(gè)特殊子幀。普通子幀由兩個(gè)0.5ms的slot組成，特殊子幀由3個(gè)特殊時(shí)隙(UpPTS，GP和DwPTS)組成，如圖1所示。

圖1 LTE 幀結(jié)構(gòu)類

在LTE中TDD與FDD幀結(jié)構(gòu)最顯著的區(qū)別在于：在TDDType2幀結(jié)構(gòu)中存在1ms的特殊子幀，該子幀由三個(gè)特殊時(shí)隙組成：DwPTS，GP和UpPTS，其中DwPTS始終用于下行發(fā)送，UpPTS始終用于上行發(fā)送，而GP作為TDD中下行至上行轉(zhuǎn)換的保護(hù)時(shí)間間隔。三個(gè)特殊時(shí)隙的總長(zhǎng)度固定為1ms，其各自的長(zhǎng)度可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需要進(jìn)行配置。

上下行的時(shí)間分配

TDD另外一個(gè)顯著區(qū)別于FDD的物理特征是FDD依靠頻率區(qū)分上下行，因此其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的；而TDD依靠時(shí)間來區(qū)分上下行，所以其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。

允許同一時(shí)間上存在多個(gè)隨機(jī)接入信道(頻分)是TDD上下行時(shí)分的結(jié)構(gòu)形成的又一設(shè)計(jì)結(jié)果。在LTEFDD的設(shè)計(jì)中，同一時(shí)刻只允許一個(gè)隨機(jī)接入信道的存在，即僅在時(shí)間域上改變隨機(jī)接入信道的數(shù)量。而在TDD中，時(shí)間資源已經(jīng)在上下行進(jìn)行了分配，同時(shí)由于不同的上下行配比的存在，可能存在上行子幀數(shù)目很少的情況，因此在TDD中需要支持頻分的隨機(jī)接入信道。

同步信道

同步信道是另一項(xiàng)體現(xiàn)不同雙工方式的設(shè)計(jì)。LTE中用于小區(qū)搜索的同步信道包括“主同步信號(hào)”和“輔同步信號(hào)”。在兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號(hào)具有不同的位置：在FDDType1中兩個(gè)同步信號(hào)連接在一起，位于子幀0和5的中間位置；而TDDType2中，輔同步信號(hào)位于子幀0的末尾，主同步信號(hào)位于特殊子幀，即DwPTS的第三個(gè)符號(hào)。在兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號(hào)在無線幀中的絕對(duì)位置不相同，更為重要的是，主、輔同步信號(hào)的相對(duì)位置不同：在FDD中兩個(gè)信號(hào)連接在一起，而在TDD中兩個(gè)信號(hào)之間有兩個(gè)符號(hào)的時(shí)間間隔。由于同步信號(hào)是終端進(jìn)行小區(qū)搜索時(shí)最先檢測(cè)的信號(hào)，這樣不同的相對(duì)位置的設(shè)計(jì)使得終端在接入網(wǎng)絡(luò)的最開始階段就可以檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的雙工方式,如圖2所示。

圖2 同步信道

R&S LTE TDD 測(cè)試方案

3GPPLTE和之前的系統(tǒng)在空中接口上存在很大的不同，所以對(duì)于測(cè)試就提出了新的要求。Rohde&Schwarz對(duì)于UMTSLTE從早期的研發(fā)階段就開始跟蹤研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)成果，目前不僅可以為L(zhǎng)TEFDD，而且也可以為L(zhǎng)TETDD無線設(shè)備研發(fā)提供完整的測(cè)試產(chǎn)品線。

由于3GPPLTE標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展還未最終完成，R&S公司在開發(fā)LTE選件時(shí)保持了高度的靈活性，軟件會(huì)定期更新，確保測(cè)試儀表依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和最新發(fā)展保持一致，使它們滿足3GPPLTE未來開發(fā)的要求。下面針對(duì)在LTE早期的研發(fā)中一些重要的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行介紹：

如何靈活地對(duì)LTE射頻和基帶信號(hào)進(jìn)行模擬產(chǎn)生和分析。

如何對(duì)不同的MIMO模式進(jìn)行進(jìn)行測(cè)試。

如何在協(xié)議棧開發(fā)的早期就進(jìn)行測(cè)試，使之符合一致性的要求。

LTE信號(hào)產(chǎn)生

LTE的測(cè)試首先需要模擬LTE射頻信號(hào)，并且研究其統(tǒng)計(jì)特性。對(duì)于LTE下行，研究人員可以從WiMAX和WLAN等技術(shù)中參考得到OFDMA的射頻特性。但是對(duì)于上行，LTE上行使用的SC-FDMA技術(shù)在其他標(biāo)準(zhǔn)中并沒有使用。因此上行信號(hào)特性需要進(jìn)行特別的研究。LTE信號(hào)模擬中的一些通常設(shè)置包括頻率、帶寬、LTE信號(hào)包含資源塊的數(shù)目、天線配置、參考信號(hào)序列配置、下行同步信道配置、循環(huán)前綴長(zhǎng)度、用戶數(shù)據(jù)和調(diào)制方式的分配和L1/L2控制信道的配置等參數(shù)。

LTE信號(hào)分析

其次在LTE信號(hào)的射頻分析方面，由于LTE信號(hào)采用了新的接入方式OFDMA，信號(hào)帶寬最高可達(dá)20MHZ，這些對(duì)于信號(hào)的頻域分析和調(diào)制域分析都提出了更高的要求。R&SFSQ和R&SFSG信號(hào)分析儀能分析3GPPLTE基站或者移動(dòng)電話的發(fā)射機(jī)模塊。信號(hào)分析選件R&SFSQ-K101和R&SFSQ-K105支持LTEFDD和TDD射頻調(diào)制信號(hào)的測(cè)量，并以圖形或表格顯示結(jié)果：諸如EVM、頻率誤差、頻譜平坦度、I/Q偏移、眼圖、星座圖及群時(shí)延等測(cè)量結(jié)果。選件R&SFSQ-K100和R&SFSQ-K104可用于分析3GPPLTE下行信號(hào)，跟上行信號(hào)選件類似，該選件能在頻域，時(shí)域及調(diào)制域?qū)��?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所有信道帶寬的3GPPLTEFDD和TDD信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。

LTEMIMO測(cè)試

R&S公司的射頻信號(hào)發(fā)生器SMU200A或基帶信號(hào)發(fā)生器AMU200A，都可以使用單臺(tái)儀表進(jìn)行MIMO接收機(jī)測(cè)試。這兩款信號(hào)發(fā)生器都配置兩個(gè)信號(hào)源，加裝R&SSMU-K74或者AMU-K74選件后，就可以實(shí)時(shí)模擬2×2MIMO系統(tǒng)所需的4個(gè)衰落信道，從而對(duì)2×2的MIMO接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試。這兩款儀表解決方案都支持ITU為3GPPLTE定義的、包含衰落路徑之間的相關(guān)特性的各種衰落模式。

LTE協(xié)議測(cè)試

LTE協(xié)議棧的測(cè)試用來驗(yàn)證一些信令功能，例如呼叫建立和釋放，呼叫重配置，狀態(tài)處理和移動(dòng)性等。和2G，3G系統(tǒng)的互操作性測(cè)試是對(duì)LTE的另外一個(gè)需求。此外為了保證終端的協(xié)議棧和應(yīng)用可以處理高數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)，需要測(cè)試驗(yàn)證終端吞吐量的要求。在LTE實(shí)現(xiàn)的早期，研發(fā)部門需要包含各個(gè)參數(shù)配置的多種測(cè)試場(chǎng)景來進(jìn)行LTE協(xié)議棧的測(cè)試。此外LTE物理層具有很多重要功能，這包括小區(qū)搜索、HARQ協(xié)議、調(diào)度安排、鏈路自適應(yīng)、上行時(shí)間控制和功率控制等。而且這些過程有著很嚴(yán)格的定時(shí)要求。因此也需要對(duì)物理層進(jìn)行完全測(cè)試來保證LTE的性能。

R&S推出的LTE協(xié)議測(cè)試儀CMW500，其功能強(qiáng)大的硬件方案可以提供的頻率高達(dá)6GHz，帶寬為40MHz。它不僅可以用于一致性測(cè)試，性能測(cè)試和互操作測(cè)試，而且還把它的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展到產(chǎn)品生命周期的后續(xù)階段，從而可以給芯片和無線設(shè)備制造商在UMTSLTE協(xié)議一致性研發(fā)的各個(gè)階段中帶來多重好處。而且它還有一個(gè)可供選擇的用于PC機(jī)上的軟件方案，可以支持個(gè)人開發(fā)者在早期就進(jìn)行協(xié)議開發(fā)的工作，從而有效降低UMTSLTE無線設(shè)備整個(gè)研發(fā)過程中的成本。

通過在CMW500上配置CMW-KP500MLAPI和CMW-KP501LLAPI，R&S提供了協(xié)議棧測(cè)試所需的底層和高層兩種不同編程接口，這樣開發(fā)者在早期就可以對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行靈活測(cè)試，而且這樣的測(cè)試是和后期的一致性測(cè)試完全兼容的，可以節(jié)省后期測(cè)試的時(shí)間和成本。