LTE产品,LTE终端的应用设计和测试的技术挑战

随着第一批LTE网络的投入使用，运营商已经将业务重点转移到大规模提供移动宽带服务上。然而，在用户获得下一代蜂窝技术的全部好处之前，还有一些问题需要克服？除了技术问题，在LTE服务的一些更广泛的方面还有一些问题需要解决。本文从测试工程师的角度讨论了这些挑战。然而，在讨论用户设备(UE)设计和测试的技术挑战之前，让让我们从更广阔的角度来看一些潜在的问题。

写这篇文章的时候，LTE终端的官方认证还没有开始。主要认证机构(GCF，PTCRB)计划在2010年12月启动协议、RF和无线电资源管理的一致性测试计划。然而，由于一些市场已经开始销售LTE终端，我们不得不担心这些终端未来能否通过这些一致性测试。

支持高数据速率(下行100Mbps，上行50Mbps)的LTE Category 3终端的回程容量能否应对？长期来看，随着LTE用户数量的增加，小区内所有用户对无线网络的带宽共享将成为一个重要因素。如果小区内用户过多，性能可能会受到影响。另外，随着活跃用户数量的增加，小区边缘性能会受到更高信噪比(SNR)的影响。

对于潜在的全球移动数据网络，还需要满足数据用户对全球漫游的期待。虽然这在技术上是可行的，但漫游数据业务资费过高的问题仍然需要解决。另一方面，对于网络运营商来说，统一速率数据方案已经成为一个问题，因为它提供了不断变化和肯定增加的数据量，但它获得了固定的收入。

由于LTE是CDMA2000网络运营商(如威瑞森无线)的下一代技术选择，与3GPP2 CDMA2000高速分组数据业务的互通是一个明确的要求。在LTE无线网络接口处结合3GPP和3GPP2网络拓扑是一个重大进步，需要仔细测试以确保其运行达到预期目标。

对于网络运营商来说，同时使用IP网络和传统的电路交换网络来维持语音业务将是一个巨大的挑战。主流网络运营商在2010年世界移动通信大会上宣布的VoLTE(语音LTE)标准化协议将在很大程度上解决这一问题。然而，使用3GPP的IMS(IP多媒体子系统)技术仍然需要大规模部署。

挑战和要求

满足LTE终端设备严格要求的关键是将设计划分为子系统，并制定测试计划，允许在测试完整的终端之前彻底检查每个设计部分。如果不采用这种模块化的方案，问题诊断可能会延迟到项目的最后阶段，从而难以管理最终的发布阶段，包括现场测试和一致性测试。

无论终端设计是从零开始、基于早期设计还是使用第三方集成组件，都需要进行大量关键性能测量。其中一些测量(如最大输出功率、功率控制和接收机灵敏度)是早期技术所熟悉的，但由于不同的传输模式(下行链路中的OFDMA和上行链路中的SC-FDMA)，需要新的测量设备来支持这些测试。

其他测量是针对LTE的。例如，对于OFDMA传输模式，子载波误差矢量(EVM)的幅度成为调制器性能的重要测试。随着700MHz模拟电文章谱的可用，LTE将部署在低于GSM或WCDMA的频率上，从而产生更大的带宽：20MHz/700MHz=2.8%。相比之下，对于典型的WCDMA终端，则为5MHz/2100MHz=0.24%。这将对一些调制器架构构成挑战，因为它会导致单元边缘的EVM值更高，因此在设计阶段要特别注意这一点。

由于某些测试(如功率控制)的动态特性，有必要使用信令协议来建立测量条件。这就要求测试设备必须包括协议栈和模拟的演进节点B(eNB)基站。由于这些测量通常由RF工程师而非协议专家执行，因此所用的测试设备必须易于配置，以便工程师能够专注于测量本身。

协议测试

协议栈开发者面临的主要挑战之一是确保满足状态变化响应需求。虽然LTE规范已经将终端设备的可能状态减少到RRC_IDLE和RRC_CONNECTED，但是当需要传输数据时，从一种状态改变到另一种状态所需的时间将构成延迟预算的很大一部分。

在RRC_IDLE模式下，终端设备尽可能地将自己保持在低功耗状态，以确保出色的电池寿命，并且接收机被周期性地激活以检查寻呼消息。当数据传输时间被调度时，终端必须醒来并快速同步其上行链路。

在协议测试过程中，生成测试用例的工作量往往和创建协议栈的工作量一样多，因此拥有全面高效的测试设施非常重要。为了能够细分测试，重要的是能够测量用户平面和控制平面中的每个子层。协议测试诊断功能在故障排除中非常重要。通常，这包括时间戳消息的记录和解码。但是重要的是，这也可以用在每个子层中，以提供跟踪信令消息流(从MAC PDU到RRC消息)的细节的功能，从而确保满足定时要求。

如果您希望能够为每一层创建测试场景，您必须对测试设备有详细的控制，但它需要尽可能易于使用，以避免痛苦的学习过程。图形化的测试描述(比如那些由场景向导提供的)提供了定义新测试的最清晰的方式(图1)。

图1:图形化的测试描述(比如那些由场景向导提供的)提供了定义新测试的最清晰的方式。

特性试验

一旦完成射频、基带、协议栈、应用层的整合，就需要对终端的整体性能进行全面的测试。在此阶段，必须找出并消除数据传输的瓶颈，以在正常和极端温度和电源电压条件下最大化数据吞吐量3354。此外，功耗、热特性、电磁兼容性(EMC)、发射和磁化率都要在满负荷下测量。通常，这需要使用2x2下行链路多输入多输出(MIMO)技术。

测试设备应该能够在小区之间无缝传输数据，同时将对数据吞吐量的影响降至最低，正如它应该能够在不同的无线接入技术之间传输数据，同时保持数据连接。几家供应商已经推出了紧凑、灵活和模块化的测试仪器。例如，Aeroflex s LTE测试产品支持用于测试LTE终端性能的所有功能。

虽然LTE物理层使用循环前缀来增加对多径效应的抵抗，但需要对其进行测试以确保其正确运行。把这个测试留到现场测试阶段，会增加开发风险。幸运的是，测试设备供应商提供了内置衰落模拟器和噪声发生器的工具，以模拟实验室中的实际信号条件。

LTE终端的一个重要性能参数是其实现并保持与下行信号同步的能力。LTE OFDMA传输模式使用频率间隔为15 kHz的子载波。即使存在多普勒频移效应，接收机也必须处于子载波的精确调谐状态。同步会导致子载波间的干扰，从而降低信噪比。为了测试终端的行为，还需要能够在实验室中模拟多普勒频移效应。

本文摘要

下一代移动终端需要提供能够满足网络运营商的希望和期望的移动宽带体验。因此，需要对新的LTE终端进行逐层测试，建立基于实际信号情况的端到端测试场景。确保在整个小区中维持终端性能将是最困难的挑战，尤其是当小区中的用户数量增加并且由此产生的信号噪声水平上升时。

终端测试不仅要准确高效，还要覆盖全面的测试范围，包括射频、协议和系统级测试。测试设备制造商正在提供这一功能，新的和升级的仪器、测试仪和系统已陆续上市。以最有效的方式实现高数据吞吐量和低延迟(就功耗和RF频谱使用而言)是引入LTE技术的主要目的，但这只能通过在开发和部署阶段进行仔细的测试来实现。