箭在弦上的4G/LTE測試

　    摘要：通過各個廠商的觀點，探討4G/LTE測試的全新需求與應(yīng)對策略。

　    2013年會不會成為中國的4G元年，這個問題從2012年底就開始沸沸揚揚地?zé)岢粗?，不管會不會在今年發(fā)放4G拍照，2013年4G實驗網(wǎng)將在國內(nèi)更廣泛的部署，并且做好商用前的測試準(zhǔn)備，這點是毋庸置疑的，而在這個過程中，軟硬件和測試是其中最重要的技術(shù)支撐，其中，測試又是商用前最關(guān)鍵的保障，這意味著測試企業(yè)的巨大商機。

　　來自LTE的挑戰(zhàn)

　　相對于3G通信標(biāo)準(zhǔn) ， 4G/LTE是全新的移動通信標(biāo)準(zhǔn)，那么對測試的需求也是全新的， 要滿足3GPP規(guī)范的所有LTE的測試項目的要求。羅德與施瓦茨中國有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理湯日波介紹，對LTE本身的測試，相比3G來講，是全新的物理層結(jié)構(gòu)，面向全IP網(wǎng)絡(luò)，更快的頻段帶寬，傳輸更快的數(shù)據(jù)速率，同時還要面向未來的LTE-A的要求。測試儀器需要全新的測試平臺。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)共存的時期，為達到更好的地域覆蓋，LTE與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)之間的切換就變得至關(guān)重要。以中國移動去年發(fā)表的TD-LTE終端需求白皮書來看，建議終端5模10頻段-12 頻段，對測試儀器的要求就更加廣泛，通常手機中還要要求測試WiFi、藍牙、GPS、FM、 甚至CMMB等。當(dāng)然，現(xiàn)在的2G/3G經(jīng)驗告訴我們，消費者對終端電池待機時間的要求使低功耗也成為一個挑戰(zhàn)。最后eNodeB廠家還必須保證系統(tǒng)的按時交付使用。這些都對3G LTE的系統(tǒng)測試和芯片測試提出了很大挑戰(zhàn)。

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

　　LitePoint公司總部產(chǎn)品營銷高級總監(jiān)John Lukez詳細列舉了LTE測試相比于3G測試的挑戰(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。所以測試儀表在設(shè)計中就需要能夠支持這樣的寬帶信號處理，而且要能在硬件改動不大的情況下擴展到支持LTE-Advanced的更大帶寬，即比3G(W-CDMA)系統(tǒng)要求的帶寬大5到20倍的同時要做的可擴展，這將使許多現(xiàn)有3G測試系統(tǒng)被淘汰出局?！　?/p>

             

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

　　第三，LTE-advanced技術(shù)將會同時使用連續(xù)和非連續(xù)信道綁定技術(shù)來提供比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20MHz)。如果是跨頻帶的情況(即 4–1700MHz ，2100MHz 和17–700MHz幾個頻帶)，那么，儀表配置就需要支持測試儀內(nèi)的多個同步的信號發(fā)生源(VSG)和信號分析儀(VSA)。這是一種更具挑戰(zhàn)性的要求，因而老一代測試設(shè)備無法支持。

　　第四， LTE是特別強調(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; 對于測試儀表來說, 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)計上要充分考慮到多天線的要求, 而且要留下可擴展的余地。

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

　　基站與終端測試

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

　　安捷倫科技電子儀器事業(yè)部高級市場工程師黃萍則介紹了基于這些設(shè)備，在基站與終端測試不同應(yīng)用中如何具體應(yīng)對LTE測試的新挑戰(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行設(shè)計折中，以便在無線發(fā)射機鏈路的各個關(guān)鍵部分實現(xiàn)最佳平衡。LTE 發(fā)射機設(shè)計的一個重要方面是最大限度減少無效發(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)射信號必須符合嚴格的功率泄露要求，設(shè)計者面臨著很多挑戰(zhàn)。LTE 支持最大 20 MHz 的信道帶寬，但許多頻段太窄，無法支持太多的信道，因此大部分 LTE 信道都處于頻段的邊緣。控制發(fā)射機在頻段邊緣的性能需要設(shè)計濾波功能，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)射機方框圖中的位置等。最后，LTE 發(fā)射機必須滿足針對無效發(fā)射的所有指定限制，包括對泄露到鄰近信道的功率量 (ACLR) 的限制。然而使用 LTE 應(yīng)用軟件進行測量時，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量非常復(fù)雜。應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的實用解決方案是使用安裝有特定標(biāo)準(zhǔn)測量應(yīng)用軟件的頻譜分析儀或信號分析儀。此組合能夠減少復(fù)雜測量中的錯誤，自動配置限制表和指定的測試裝置，確保測量具有出色的可重復(fù)性。使用分析儀優(yōu)化技術(shù)可以進一步改善測量結(jié)果。

　　(2)TD-LTE系統(tǒng)在上行鏈路中采用混合自動重傳請求(HARQ)技術(shù)，來保證系統(tǒng)性能。在TD-LTE多天線基站研發(fā)測試中，要求測試儀器必須具備信號產(chǎn)生，信道模擬以及實時響應(yīng)的功能，從而模擬真實環(huán)境下系統(tǒng)實時吞吐率。該項測試是LTE基站測試規(guī)范中第8章系統(tǒng)性能測試的重要環(huán)節(jié)，同時也一直是研發(fā)設(shè)計和測試人員關(guān)注的焦點和難點。