箭在弦上的4G/LTE测试

　    摘要：通过各个厂商的观点，探讨4G/LTE测试的全新需求与应对策略。

　    2013年会不会成为中国的4G元年，这个问题从2012年底就开始沸沸扬扬地热炒着，不管会不会在今年发放4G拍照，2013年4G实验网将在国内更广泛的部署，并且做好商用前的测试准备，这点是毋庸置疑的，而在这个过程中，软硬件和测试是其中最重要的技术支撑，其中，测试又是商用前最关键的保障，这意味着测试企业的巨大商机。

　　来自LTE的挑战

　　相对于3G通信标准 ， 4G/LTE是全新的移动通信标准，那么对测试的需求也是全新的， 要满足3GPP规范的所有LTE的测试项目的要求。罗德与施瓦茨中国有限公司业务发展经理汤日波介绍，对LTE本身的测试，相比3G来讲，是全新的物理层结构，面向全IP网络，更快的频段带宽，传输更快的数据速率，同时还要面向未来的LTE-A的要求。测试仪器需要全新的测试平台。LTE本身含TDD和FDD模式，全球的LTE频段非常多。另外，通常LTE终端还要兼容2G和3G的不同频段和模式，所以在LTE和其它标准共存的时期，为达到更好的地域覆盖，LTE与现有标准之间的切换就变得至关重要。以中国移动去年发表的TD-LTE终端需求白皮书来看，建议终端5模10频段-12 频段，对测试仪器的要求就更加广泛，通常手机中还要要求测试WiFi、蓝牙、GPS、FM、 甚至CMMB等。当然，现在的2G/3G经验告诉我们，消费者对终端电池待机时间的要求使低功耗也成为一个挑战。最后eNodeB厂家还必须保证系统的按时交付使用。这些都对3G LTE的系统测试和芯片测试提出了很大挑战。

　　相比于3G移动通信标准，4G/LTE终端产品的测试项目要多出近百项。不仅无线制式在增加，终端支持的频段也在增加。这对生产测试提出了更高的要求，测试项目和测试时间达以前的数倍。测试时间的增加意味着测试成本的提高，如何寻找快速有效的测试方法，则成为针对4G/LTE系统测试的一个重要挑战。另一方面，随着数据传输量的上升，测量的复杂性也随之增加，4G/LTE信号的调制解调需要提高一个数量级的信号处理能力，这些都对于测试系统提出了新的要求。

　　LitePoint公司总部产品营销高级总监John Lukez详细列举了LTE测试相比于3G测试的挑战之处。

　　首先，LTE使用的信道带宽更大，目前使用的是20MHz，而今后在引入LTE-Advanced技术后将可能增加到100MHz，而3G系统基带带宽都在5MHz以下。所以测试仪表在设计中就需要能够支持这样的宽带信号处理，而且要能在硬件改动不大的情况下扩展到支持LTE-Advanced的更大带宽，即比3G(W-CDMA)系统要求的带宽大5到20倍的同时要做的可扩展，这将使许多现有3G测试系统被淘汰出局。　　

             

　　其次，LTE使用阶数更高的调制技术(64QAM)，因而要求测试设备接收器具有更好的处理信噪和失真方面的性能，从而能够精确地测量这些数据率更高，且有很高峰/均值比的信号。

　　第三，LTE-advanced技术将会同时使用连续和非连续信道绑定技术来提供比LTE技术更高的数据率。这种技术能在相同的频带内、甚至以跨频带的形式使用多个20MHz的信道。如果在相同的频带内，这可使仪器的带宽需求提高到100MHz之大(即5个20MHz)。如果是跨频带的情况(即 4–1700MHz ，2100MHz 和17–700MHz几个频带)，那么，仪表配置就需要支持测试仪内的多个同步的信号发生源(VSG)和信号分析仪(VSA)。这是一种更具挑战性的要求，因而老一代测试设备无法支持。

　　第四， LTE是特别强调多天线技术的, 从2x2 MIMO, 4x2 MIMO, 到以后的8天线, 多天线的配置是更加的复杂; 对于测试仪表来说, 在基带处理上要能支持这样的配置, 特别是在上行和下行的射频端口的设计上要充分考虑到多天线的要求, 而且要留下可扩展的余地。

　　最后，LTE在全球有40个或甚至更多已定义的频带，因此，智能手机如想覆盖全球所有的LTE频带，就需要支持多达10个频带(比3G技术要求的5个多得多)。这意味着需要为智能手机设计更多的天线，并且测试设备应带有更多的射频端口，即LTE测试设备需支持更多的射频端口(每部手机3个)。

　　基站与终端测试

　　这些挑战具体到基站测试系统的搭建方面，就演化出多种测试方案设计的变化。安立公司3G/LTE 项目副经理胡浩总结了相关所用的各种测试仪器。对于终端来说，需要的测试方案相对复杂，在芯片协议栈开发中，需要用到信令分析仪; 在整机硬件研发中，需要用到综测仪，频谱仪，信号源;在整机的测试中，需要一致性测试系统，应用测试仪，以及运营商接受测试方案。在整机生产制造中，一般需要基于非信令的综测仪。对于基站设备来说，在研发和制造中，需要频谱仪和信号源;在基站安装和维护中, 需要各种手持仪表。

　　安捷伦科技电子仪器事业部高级市场工程师黄萍则介绍了基于这些设备，在基站与终端测试不同应用中如何具体应对LTE测试的新挑战。

　　(1)由于 LTE 性能目标设立得非常高，工程师们必须精心地进行设计折中，以便在无线发射机链路的各个关键部分实现最佳平衡。LTE 发射机设计的一个重要方面是最大限度减少无效发射，特别是可能在任何频率上产生的杂散发射。因此LTE在频段边缘发射信号必须符合严格的功率泄露要求，设计者面临着很多挑战。LTE 支持最大 20 MHz 的信道带宽，但许多频段太窄，无法支持太多的信道，因此大部分 LTE 信道都处于频段的边缘。控制发射机在频段边缘的性能需要设计滤波功能，以便在不影响信道内性能的情况下滤除带外发射。此外还需要考虑成本、功率效率、物理体积以及在发射机方框图中的位置等。最后，LTE 发射机必须满足针对无效发射的所有指定限制，包括对泄露到邻近信道的功率量 (ACLR) 的限制。然而使用 LTE 应用软件进行测量时，受多种因素的影响，邻近信道带宽的变化、发射滤波器的选择、不同带宽和不同干扰灵敏度的信道之间的射频变量的交互使得这些测量非常复杂。应对这一挑战的实用解决方案是使用安装有特定标准测量应用软件的频谱分析仪或信号分析仪。此组合能够减少复杂测量中的错误，自动配置限制表和指定的测试装置，确保测量具有出色的可重复性。使用分析仪优化技术可以进一步改善测量结果。

　　(2)TD-LTE系统在上行链路中采用混合自动重传请求(HARQ)技术，来保证系统性能。在TD-LTE多天线基站研发测试中，要求测试仪器必须具备信号产生，信道模拟以及实时响应的功能，从而模拟真实环境下系统实时吞吐率。该项测试是LTE基站测试规范中第8章系统性能测试的重要环节，同时也一直是研发设计和测试人员关注的焦点和难点。