R&S LTE TDD測試解決方案

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

2007年11月，3GPPRAN151會議通過了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

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，這些設(shè)計在一定程度上參考和繼承了TD-SCDMA的設(shè)計思想。

無線幀結(jié)構(gòu)

因為TDD采用時間來區(qū)分上、下行，資源在時間上是不連續(xù)的，需要保護(hù)時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個長度為1ms的子幀，每個子幀由兩個長度為0.5ms的slot組成。在TDDType2中，10ms的無線幀由兩個長度為5ms的半幀組成，每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成，其中有4個普通的子幀和1個特殊子幀。普通子幀由兩個0.5ms的slot組成，特殊子幀由3個特殊時隙(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，該子幀由三個特殊時隙組成：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)時間間隔。三個特殊時隙的總長度固定為1ms，其各自的長度可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實際需要進(jìn)行配置。

上下行的時間分配

TDD另外一個顯著區(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間上是連續(xù)的；而TDD依靠時間來區(qū)分上下行，所以其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進(jìn)行了分配。

允許同一時間上存在多個隨機(jī)接入信道(頻分)是TDD上下行時分的結(jié)構(gòu)形成的又一設(shè)計結(jié)果。在LTEFDD的設(shè)計中，同一時刻只允許一個隨機(jī)接入信道的存在，即僅在時間域上改變隨機(jī)接入信道的數(shù)量。而在TDD中，時間資源已經(jīng)在上下行進(jìn)行了分配，同時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

同步信道是另一項體現(xiàn)不同雙工方式的設(shè)計。LTE中用于小區(qū)搜索的同步信道包括“主同步信號”和“輔同步信號”。在兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號具有不同的位置：在FDDType1中兩個同步信號連接在一起，位于子幀0和5的中間位置；而TDDType2中，輔同步信號位于子幀0的末尾，主同步信號位于特殊子幀，即DwPTS的第三個符號。在兩種幀結(jié)構(gòu)中，同步信號在無線幀中的絕對位置不相同，更為重要的是，主、輔同步信號的相對位置不同：在FDD中兩個信號連接在一起，而在TDD中兩個信號之間有兩個符號的時間間隔。由于同步信號是終端進(jìn)行小區(qū)搜索時最先檢測的信號，這樣不同的相對位置的設(shè)計使得終端在接入網(wǎng)絡(luò)的最開始階段就可以檢測出網(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，所以對于測試就提出了新的要求。Rohde&Schwarz對于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)驗成果，目前不僅可以為LTEFDD，而且也可以為LTETDD無線設(shè)備研發(fā)提供完整的測試產(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選件時保持了高度的靈活性，軟件會定期更新，確保測試儀表依據(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。下面針對在LTE早期的研發(fā)中一些重要的測試項目進(jìn)行介紹：

如何靈活地對LTE射頻和基帶信號進(jìn)行模擬產(chǎn)生和分析。

如何對不同的MIMO模式進(jìn)行進(jìn)行測試。

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

LTE信號產(chǎn)生

LTE的測試首先需要模擬LTE射頻信號，并且研究其統(tǒng)計特性。對于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。因此上行信號特性需要進(jìn)行特別的研究。LTE信號模擬中的一些通常設(shè)置包括頻率、帶寬、LTE信號包含資源塊的數(shù)目、天線配置、參考信號序列配置、下行同步信道配置、循環(huán)前綴長度、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信號分析

其次在LTE信號的射頻分析方面，由于LTE信號采用了新的接入方式OFDMA，信號帶寬最高可達(dá)20MHZ，這些對于信號的頻域分析和調(diào)制域分析都提出了更高的要求。R&SFSQ和R&SFSG信號分析儀能分析3GPPLTE基站或者移動電話的發(fā)射機(jī)模塊。信號分析選件R&SFSQ-K101和R&SFSQ-K105支持LTEFDD和TDD射頻調(diào)制信號的測量，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、星座圖及群時延等測量結(jié)果。選件R&SFSQ-K100和R&SFSQ-K104可用于分析3GPPLTE下行信號，跟上行信號選件類似，該選件能在頻域，時域及調(diào)制域?qū)��?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所有信道帶寬的3GPPLTEFDD和TDD信號進(jìn)行測量。

LTEMIMO測試

R&S公司的射頻信號發(fā)生器SMU200A或基帶信號發(fā)生器AMU200A，都可以使用單臺儀表進(jìn)行MIMO接收機(jī)測試。這兩款信號發(fā)生器都配置兩個信號源，加裝R&SSMU-K74或者AMU-K74選件后，就可以實時模擬2×2MIMO系統(tǒng)所需的4個衰落信道，從而對2×2的MIMO接收機(jī)進(jìn)行測試。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)議測試

LTE協(xié)議棧的測試用來驗證一些信令功能，例如呼叫建立和釋放，呼叫重配置，狀態(tài)處理和移動性等。和2G，3G系統(tǒng)的互操作性測試是對LTE的另外一個需求。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)，需要測試驗證終端吞吐量的要求。在LTE實現(xiàn)的早期，研發(fā)部門需要包含各個參數(shù)配置的多種測試場景來進(jìn)行LTE協(xié)議棧的測試。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)、上行時間控制和功率控制等。而且這些過程有著很嚴(yán)格的定時要求。因此也需要對物理層進(jìn)行完全測試來保證LTE的性能。

R&S推出的LTE協(xié)議測試儀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試，性能測試和互操作測試，而且還把它的優(yōu)點擴(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)的各個階段中帶來多重好處。而且它還有一個可供選擇的用于PC機(jī)上的軟件方案，可以支持個人開發(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)者在早期就可以對協(xié)議棧進(jìn)行靈活測試，而且這樣的測試是和后期的一致性測試完全兼容的，可以節(jié)省后期測試的時間和成本。