1、- 1 -LTE 测试技术的革新摘要：12 月 17 日，TD-LTE 测试技术研讨在北京国家会议中心召开，将业界人士的目光关注到了 LTE的测试技术上来。本文从 LTE 的性能目标开始介绍，包括中国具有自主知识产权的的 TD-LTE 技术介绍，谈一下 LTE 测试技术面临的革新与挑战，以及测试技术应该重点解决的问题。关键词：LTE；TD-LTE;测试技术;长期演进;一致性测试LTE 以及 TD-LTE 技术介绍LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是 3G 的演进，始于 2004 年 3GPP 的多伦多会议。LTE 并非人们普遍误解的 4G 技术，而是 3G 与 4G
2、 技术之间的一个过渡，是 3.9G 的全球标准,它改进并增强了 3G的空中接入技术，采用 OFDM 和 MIMO 作为其无线网络演进的唯一标准。LTE 这项以正交频分复用（OFDM）为核心的技术，与其说是 3G 技术的“演进”(Evolution)，不如说是“革命”(Revolution)，已经具有某些 4G 技术的特征，甚至可以被看做“准 4G”技术。LTE 作为 3G 的下一代演进技术，具有 100Mbit/s 的数据下载能力。3GPP 启动的 LTE 项目的主要性能目标包括：1.通信速率的提高，下行峰值速率达到 100Mbit/s、上行达到 50Mbit/s。2.提高了频谱效率，下行链路
3、为 5(bit/s)/Hz，(3-4 倍于 R6HSDPA)，上行链路为 2.5(bit/s)/Hz，(23 倍于 R6 HSUPA)。3.以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。4.QoS 保证，通过系统设计和严格的 QoS 机制，保证实时业务(如 VoIP)的服务质量。5.系统部署灵活，能够支持 1.4MHz20MHz 间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配，保证将来在系统部署上的灵活性。6.降低无线网络时延，子帧长度为 0.5ms 和 0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达 U-plan5ms，C-plan100m
4、s。7.在保持目前基站位置不变的情况下增加了小区边界比特速率。8.强调向下兼容，支持已有的 3G 系统和非 3GPP 规范系统的协同运作。概括来说，与 3G 相比，LTE 更具技术优势，具体表现在高数据速率、低延迟、分组传送、广域覆盖和向下兼容等方面。自 2004 年 11 月启动 LTE 项目以来，3GPP 以频繁的会议全力推进此项工作，从技术角度讲，3GPP 长期演进技术路线仍然存在 FDD 和 TDD 之分，它们分别是由 WCDMA 和 TD-SCDMA 演进而来。TD-SCDMA 是我国提出的 3G 国际标准，具有独立的知识产权，其后续演进技术 TD-LTE 同样有着举足轻重的作用，T
5、D-LTE 不仅可以成为 TD-SCDMA 发展和演进的保障，而且也为我国成功实施“新一代宽带无线移动通信网”国家重大专项奠定基础。TD-SCDMA 向 LTE 的演进路线如图 1 所示，首先是在 TD-SCDMA 的基础上采用单载波的 HSDPA 技术，速率达到 2.8Mbit/s，而后采用多载波的 HSDPA，速率达到7.2Mbit/s，接着到 HSPA+阶段，速率将超过 10Mbit/s，并继续逐步提高它的上行接入能力，最后从HSPA+演进到 TD-LTE。2007 年 11 月，3GPP 工作组会议通过 TD-LTE 融合技术提案，基于 TD-SCDMA 的帧结构统一了延续已有标准的两
6、种 TDD 模式，并且在国际标准中，TD-LTE 也尽量与 LTE FDD 合一。这些都为TD-LTE 的发展打下了良好的基础。LTE 关键技术(1)OFDM传输技术和多址技术是无线通信技术的基础。LTE 中传输技术采用 OFDM 调制技术，其原理是将高速- 2 -数据流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输，由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。并且还可以在 OFDM 符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰(ISI)，而
7、且一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由于多径带来的信道间干扰。对于多址技术，LTE 规定了下行采用 OFDMA，上行采用 SC(单载波)-FDMA。OFDMA 中一个传输符号包括 M 个正交的子载波，实际传输中，这 M 个正交的子载波是以并行方式进行传输的，真正体现了多载波的概念，而对于 SC-FDMA 系统，其也使用 M 个不同的正交子载波，但这些子载波在传输中是以串行方式进行的，正是基于这种方式，传输过程中才降低了信号波形幅度上大的波动，避免带外辐射，降低PAPR(峰平功率比)。根据 LTE 系统的上下行传输方式的特点，无论是下行 OFDMA 还是上行 SC-FDMA 都保证了使
8、用不同频谱资源用户间的正交性。LTE 系统频域资源的分配以正交子载波组 RB(resource block)为基本单位的，一个 RB 由 25 个相互正交的子载波组成，由于可采用不同的映射方式，子载波可以来自整个频带，也可以取自部分连续的子载波。(2)MIMOLTE 系统将采用可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的 MIMO 技术。基本的 MIMO 模型是下行、上行天线阵列。同时也正在考虑更多的天线配置(如 44)。目前正在考虑的方法包括空间复用(SM)、空间多址(SDMA)、预编码(Precoding)、自适应波束形成(Adaptive Beam forming)、智能天线以及开环分集(主
9、要用于控制信令的传输,包括空时分组码(STBC)和循环位移分集(CSD)等。LTE 测试技术的革新测试仪表和测试系统是 LTE 产业链中重要的环节，对于产品研发和产业化起着非常关键的作用。LTE(长期演进)所具有的高效率、高数据速率、低时延的特点,让人们对这一领先技术的期待,远远超过技术本身的发展,因此,尽管 LTE 技术规范还在不断地更新和完善,但网络设备和移动终端产品已经在研发和生产了。而这些设备和终端的生产,都离不开测试仪器。因此,对测试设备厂商来说,LTE 将是他们同台竞技的另一个舞台。目前移动客户需要越来越高的数据传输速率、更低的网络延迟、更有效的无线电频谱使用、更高的灵活性。这些需
10、求都促使运营商打破 2G 和 3G 的固有局限性,全力推动新的无线网络技术来满足信息化的发展需求。LTE 作为主流的第四代移动通信技术,已经逐步成熟并商用。对比于 3G 几百千赫到几兆赫的通信速率,LTE 上行 50 兆赫、下行 100 兆赫的传输能力将革命性地改变移动通信的业务结构与服务模式,同时对用户设备终端也带来更具挑战性的需求:在技术层面,OFDM(正交频分复用技术)信号的收发与多天线 MIMO(多输入多输出)的性能,都需要创新性的测试手段与测量仪表进行测试与验证;在业务层面,绝大多数运营商都会要求终端支持包括 LTE 在内的多种通信模式,以满足从基本话音服务到高速数据连接的不同层次通
11、信需求,因此终端 IOT(互操作性测试)能力同样需要在协议、射频、无线资源管理等层面进行完备的测试。总体来看,LTE(包括 TDD 即时分双工和 FDD 即全双工)目前已经进入实用阶段。北欧和北美已经有运营商相继开始建设 LTE-FDD 商用网络。国内 TD-LTE 的测试也已进入大规模外场测试阶段,预商用网络也将很快开始建设。LTE 的出现保证了移动宽带的未来,比如它的数据传输速率比单载波扩频技术提高了一个数量级;其扁平的结构减少了用户数据包传输延迟时间,相比 3G 网络时延缩短了一个数量级;LTE 严格的用户数据流QoS(服务质量)控制保证了业务质量和用户体验。LTE 带来了网络技术的重大
12、转变,作为第一个全 IP 技术,LTE 将采用不同网络的设计、部署和管理。技术上,移动运营商需要处理许多具体的挑战,如针对 2G/3G 传统和 4G 系统的互操作性,确保终端到终端- 3 -的网络服务质量,优质的服务交付以及与 IMS(IP 多媒体系统)的互动交付多媒体及语音方案。在网络测试方面,由于 LTE 采用了先进的无线技术,数据采集量很大,无线侧的测试成为 LTE 测试的最大难点。LTE 网络在原有 3G 网络架构上演进,取消了原有的无线网络控制器(RNC),而全部由基站(eNodeB)直接协调网络资源的分配和控制,核心网无法获取有效的无线数据进行分析,这就增加了网络管理和优化的复杂性
13、,传统的协议分析仪表已经很难满足这些新的挑战,需要特殊的解决方案进行网络测试和优化。LTE 所需的频谱很大一部分来自 3G 扩展频带和 GSM 频谱重新分配(refarming)，而这些频谱呈分段分布在一个很宽的频率范围内(从 400MHz 到 3GHz 以上)。3GPP LTE 规范将通过支持可变射频带宽(从1.25MHz 直到 20MHz)、成对或非成对频率以及多个射频频带来解决频谱资源分散配置的问题。LTE 中所做的其它无线接入技术变化包括 OFDMA(正交频分多址接入)技术的采纳以及利用多天线技术(MIMO)和更高阶调制实现频谱效率的提高。业界对标准制定的严格要求使得目前为止的规范能够
14、涵盖 LTE 无线接入网(RAN)底层的 90%左右。2008 年 1 月该标准的制定取得了重大进展，3GPP 批准将这些规范纳入其 3GPP Release 8 标准中。拥有 25 亿多用户的 GSM/3GSM 无线接入技术已经主宰了全球蜂窝通信市场，而且其用户数还在不断攀升。为了跟上其发展步伐，满足人们对速度更快、占用带宽更高的服务需求，蜂窝技术的基础设施必须不断更新，并保持其高效、竞争力强和成功的优势。LTE 测试内容LTE 移动终端的设计和制造者为了能加快产品成功上市的时间,必须紧密关注运营商对终端验证所关注的测试内容。同时,为了能顺利通过运营商的验证而投入市场,在 LTE 研发测试的
15、时候,必须采用与运营商相同的测试方法与测试设备,以便及时发现问题并解决问题。这对 LTE 测试设备供应商来讲,面临机遇同时也面临挑战,因为 LTE 的测试内容会更加复杂,对技术的要求更高。对于芯片厂商而言,需要保证芯片物理层与协议栈符合 LTE 规范标准,因此终端一致性测试是芯片厂商验证其产品的最重要手段。而终端厂商所关注的则是如何多快好省地批量生产终端,因此要求终端生产测试简便、快速、稳定。运营商必须保证入网终端具备严格的一致性与良好的性能,以保护其频谱资源和提升服务品质。围绕这两个代表运营商核心竞争力的目标,绝大多数运营商都会要求进行终端一致性测试,部分运营商则根据其网络覆盖或业务模式,还
16、会对终端进行复杂的自定义场景测试。终端一致性测试是 LTE 商用的重要前提,预计从现在开始到 2011 年底,LTE-FDD 和 TD-LTE 的终端一致性测试将取得快速进展并基本完成,为 2012 年的 LTE 大规模商用铺平道路。当然,终端一致性测试仅仅是给终端商用发了准生证,LTE 的商用需要终端的大批量生产。对于开始尝试 LTE 无线宽带服务的厂商,在 LTE 终端入网前,实验室环境下,要验证 LTE 终端,还主要关注的是数据吞吐性能,其中包括峰值速率、平均速率、压力测试以及在不同无线信道环境下的数据吞吐能力LTE/SAE 架构允许传统基础设施得到很大程度的再利用，尤其是在核心网中。而
17、在空中接口上，LTEE-UTRAN 借用了一些早期的接入技术，但其本质是一种新技术，因此还需要相应的发展时间。因此 LTE 与第三代网络共同工作的能力也是一个测试内容。对新规范的一些关键特性进行早期调试、测试和验证是非常重要的。这些新特性包括 MIMO、快速低延迟的 HARQ 程序、64QAM 以及提供频谱灵活性的各种射频频带和带宽组合/配置。提早建立这些基础模块将使测试和验证更快走向系统级。LTE/SAE 要求将整体网络架构和协议最小化并减小延迟，因此 E-UTRAN 的架构与 UTRAN 有很大的不同。UTRAN 采用的是智能程度相对较低的物理层无线基站(NodeB)，这些基站通过星形拓扑
18、结构连入负责管理无线资源并依次连接到核心网的无线网络控制器(RNC)。而在 E-UTRAN 中，许多无线资源管理的任务都是移交到基站(也叫 eNodeB 或 eNB)完成的。eNB 则通过一种新定义的“S1 接口”直接连接到核心网网关。同时，eNB 也通过“X2 接口”和网络中相邻的 eNB- 4 -相连。除了完成新的 1 层和 2 层功能，eNB 还负责实现无线资源控制、准入控制、负载平衡和移动功能。由于 eNB 必须具备这样强大的功能和性能，因此它非常复杂，也是 LTE 架构中十分关键的一个实体。与 eNB 相关的测试内容如：RF(射频)一致性测试、协议一致性测试、无线资源管理测试及数据转
19、移和重发测试等也成为重中之重目前 LTE 测试技术在实现方面取得的进展也毫不逊色。目前已有几个 LTE 实验演示和前期商业试验在进行中，而 2008 年还会开展一些大型的新试验项目。LTE 测试技术的发展与面临的挑战保持成功的关键是对基础技术的开发。过去三年一直负责确定下一代 GSM/UMTS 标准主流发展方向的3GPP 标准论坛仍将继续负责新的基础技术的规范化工作。GSM/UMTS 技术的发展有两大主线，一是通过HSPA+规范增强现有 WCDMA 通用陆地无线接入网络(UTRAN)，二是制定用于演进版通用陆地无线接入网(E-UTRAN)的长期演进(LTE)技术规范。尽管业界在确立首个正式的
20、3GPP LTE RAN 规范和 LTE 的早期概念性试验验证方面已取得了很大进展，但仍面临大量的挑战。规范的完善，规范完善之后的实现、测试和商用系统的最初推出，这些都需要蜂窝通信行业付出巨大的努力。在 LTE 发展的这些早期阶段，需要重点关注加快开发速度、实现新的空中接口以及 RAN 中架构的变化。LTE 开发步伐的加快意味着在很多领域早期 LTE 商用系统的实现都走在了正式 3GPP 规范之前。尤其是早期 LTE“概念验证”系统早在 3GPP 正式规范出台之前就已经开发出来。因此有些 LTE 方案中包含了很多特定假设和定制化的要素。对于这些还在开发的 LTE 系统而言，测试过程和测试设备必
21、须既能支持最新的 3GPP 核心规范，也能支持上述特定假设和定制化条件。这一发展势头为预计在 2010 年出推出的首个 3GPP LTE 商用系统打下了坚实基础。有了 3GPP HSPA+，运营商就能在更早提供新业务的同时，推动网络平稳过渡到 LTE。这也确保了在当前的 HSPA 网络和将来的 LET 网络之间消除竞争隔阂。要保证在规范不断变化、新技术层出不穷、架构需求多种多样的条件下 E-UTRAN 基础设施还能快速上市，就必须进行快速高效地开发和测试。这时，拥有合适的测试设备就成了开发过程中至关重要的一个因素。LTE 在正式商用之前肯定会有一段测试时间，但有一点似乎十分清楚，那就是 LTE
22、 中的“长期”一词意味着该技术将长期服务于移动行业，并且这一天很快就会来到，因为 LTE 已经整装待发。LTE 测试技术要点与总结第一，LTE 需要全面的测试在 LTE 整个产业链中都需要相应的测试设备，这些测试设备包括：在 LTE 基站或终端的研发过程中需要仿真 LTE 的各种信号、分析 LTE 的各种信号、信令/协议的仿真测试设备等。生产制造阶段，主要需要满足大量基站及终端生产线需要的综合测试仪，用来保证和控制产品的质量。在网络安装和网络规划阶段，需要大量的现场安装用测试仪表和网络优化用测试仪表。更重要的是，在 LTE 基站或终端的型号标准上市之前，需要进行互操作性以及型号标准测试，这就需
23、要 LTE 的协议一致性测试、射频一致性测试、无线资源管理的一致性测试和端到端的业务验证测试等等。第二，LTE 带来全新的测试平台对于 TD-LTE，由于引入了 OFDM、MIMO 等新技术，那么在测试仪表方面，包括 LTE 的协议一致性测试、- 5 -射频一致性测试、无线资源管理的一致性测试以及端到端的业务验证测试系统都将是基于这些新技术开发的全新平台，这对 LTE 整个产业链来讲，所有这些所需的仪表都是全新的。第三，技术指标不断改进带来的影响目前，有关 LTE 技术标准大部分已经冻结，但是关于终端的技术要求和测试方法还在制订当中，除主要技术指标外，还有一些的指标在不断的改进当中，对测试仪表
24、厂商来讲，加入 LTE 阵营就意味着要不断跟踪标准的每一细节的改变。对测试仪表来讲，尤其是一致性测试仪表，这些跟随标准的测试用例的变化，还要涉及大量的测试用例的验证以及有效性检验的过程，哪怕是一个小小的变化，这些过程都是需要的。第四，终端多模化带来的挑战LTE 未来能够成功商用的一个前提条件是未来的 LTE 终端必须是多模的，即与 GSM(全球移动通信系统)/EDGE(增强型数据速率 GSM 演进技术)、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA、cdma2000、1RTT/EVDO 等相互之间能够漫游切换。这就必然要求测试仪表能够完全模拟和仿真这些网间漫游切换，来对终端或基站进行测试，这一测试会
25、对测试仪表带来很大的挑战。除了上述要点，LTE 必将带来更丰富的业务应用，那么对于业务应用的测试，也势必较以前更加重要、更加复杂。随着全球信息化步伐的加快，以及多媒体娱乐的兴起和网络游戏的发展，目前移动通信系统已经不能满足未来宽带通信的需求，因此，在无线宽带需求不断增加，以及移动通信技术不断进步的情况下，TD-LTE 未来将会具有广阔的应用前景。LTE 技术不但大大提升用户对移动通信业务的体验，为运营商带来更多的技术和成本优势，还巩固了传统蜂窝移动技术的主导地位。同时，对于 TD-LTE 这种新的通信制式，由于新技术 OFDM、MIMO 的引入，在测试领域，无论是终端还是网络侧设备，无论是射频
26、测试还是协议测试，都需要全新的测试平台，所以 LTE 能否取得成功，必须从初期就重视测试环节，只有具备了一定的测试条件，整个 LTE 产业才能蓬勃发展。参考文献1 3GPP TS 36.300 V9.5.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Overall description; Stage 2 (Release 9)2 沈嘉， 3GPP 长期演进（LTE）技术原理与系统设计 ，20083 赵训威， 3GPP 长期演进（LTE）系统架构与技术规范 ，20104 程方等编著， 移动通信系统演进及 3G 信令 ，20095 中国通信网论坛 http:/
