LTE終端的應(yīng)用設(shè)計(jì)和測(cè)試的技術(shù)挑戰(zhàn)

隨著首批LTE網(wǎng)絡(luò)已投入使用，運(yùn)營(yíng)商將業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)向大規(guī)模提供移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。但是，在讓用戶獲得下一代蜂窩技術(shù)的全部好處之前，仍然有一些問題需要克服？除了技術(shù)問題以外，在LTE業(yè)務(wù)的一些更廣泛方面仍有一些問題待解決。本文從測(cè)試工程師的角度來討論這些挑戰(zhàn)。不過在討論用戶端設(shè)備（UE）設(shè)計(jì)和測(cè)試的技術(shù)挑戰(zhàn)之前，先從更廣闊的視野來看看一些潛在問題。

在本文撰寫時(shí)，LTE終端的正式認(rèn)證尚未開始。主要認(rèn)證機(jī)構(gòu)（GCF、PTCRB）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終端，所以不得不擔(dān)心這些終端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（下行鏈路為100Mbps，上行鏈路為50Mbps）的LTE Category 3終端，回程容量（backhaul capacity）是否能夠應(yīng)付呢？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。此外，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┑氖遣粩嘧兓铱隙ú粩嘣黾拥臄?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)有意義的進(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)）技術(shù)仍然需要進(jìn)行大規(guī)模部署。

測(cè)試挑戰(zhàn)和需求

滿足LTE終端設(shè)備的嚴(yán)格要求的關(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)試完整終端之前對(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)目的最后階段，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。

無論終端設(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，所以需要新的測(cè)量設(shè)備來支持這些測(cè)試。

其它一些測(cè)量是LTE特有的。例如，對(duì)于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700MHz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：20MHz/700MHz=2.8%。相比之下，對(duì)于典型的WCDMA終端為：5MHz/2100MHz=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)致小區(qū)邊緣處的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，終端設(shè)備盡可能將自身處于低功耗狀態(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，終端必須處于喚醒狀態(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)間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程細(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（例如由場(chǎng)景向?qū)峁┑模┨峁┝硕x新測(cè)試的最清晰方法（圖1）。

圖1：圖形化測(cè)試描述（例如由場(chǎng)景向?qū)峁┑模┨峁┝硕x新測(cè)試的最清晰方法

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)整體終端性能進(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)盡量減小對(duì)數(shù)據(jù)吞吐率的影響，就像要能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終端性能的所有功能.

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終端的一個(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)終端的行為，同樣必須能夠在實(shí)驗(yàn)室中模擬多普勒頻移效應(yīng)。

本文小結(jié)

下一代移動(dòng)終端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)，因此必須使用逐層方案來測(cè)試新的LTE終端，建立起基于實(shí)際信號(hào)條件的端到端測(cè)試場(chǎng)景。確保終端性能在整個(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終端測(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)。

責(zé)任編輯：gt