Agilent 4G LTE-Advanced 測試
名稱：頻譜分析儀
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簡介：4G LTE 是由 3GPP 開發(fā)的 LTE 演進版本，旨在達到或超過國際電信聯(lián)盟（ITU）的要求，建立真正的第四代無線通信標準，即高級國際移動通信（IMT-Advanced）。4G LTE（項目名稱是 LTE-Advanced）最初在 3...
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- 產(chǎn)品介紹
4G LTE 是由 3GPP 開發(fā)的 LTE 演進版本，旨在達到或超過國際電信聯(lián)盟（ITU）的要求，建立真正的第四代無線通信標準，即高級國際移動通信（IMT-Advanced）。4G LTE（項目名稱是 LTE-Advanced）最初在 3GPP 標準第 10 版中進行了規(guī)定，預(yù)定于 2011 年 3 月完成標準的最終確定。4G LTE 標準將會在后續(xù)版本中不斷地完善。2009 年 10 月，3GPP 合作伙伴將 LTE-Advanced 正式提交給國際電信聯(lián)盟（ITU）1，競選 4G IMT-Advanced 標準。IMT-Advanced 的認證技術(shù)標準預(yù)計將于 2011 年初公布。
ITU 對 IMT-Advanced 提出的關(guān)鍵要求是 4G LTE 將會支持以下內(nèi)容3：
•高度的通用功能適用于全球范圍，經(jīng)濟高效的方式靈活地支持多種本地服務(wù)與應(yīng)用
•IMT 和固定網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)相互兼容
•能夠與其他無線系統(tǒng)實現(xiàn)互通
•高質(zhì)量的移動業(yè)務(wù)
•適于在全球范圍內(nèi)使用的用戶設(shè)備
•易于使用的應(yīng)用軟件、業(yè)務(wù)與設(shè)備
•支持全球漫游
•增強的峰值數(shù)據(jù)速率，可支持各種先進移動業(yè)務(wù)和應(yīng)用（100 Mbps 針對高移動性，1 Gbps 針對低移動性）
3GPP 列舉了 4G LTE 競選 IMT-Advanced 的另一個原因：符合 IMT 標準的系統(tǒng)將可用于 WRC-07（世界無線通信大會）認定的任意新頻段。4
3GPP 的考慮因素
3GPP 技術(shù)報告（TR）36.913――《E-UTRA（LTE-Advanced）的未來發(fā)展要求》（Requirements for Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)）――針對 LTE E-UTRA（空中接口）和 E-UTRAN（空中接口網(wǎng)絡(luò)）的未來發(fā)展提出了若干要求。5 這些要求以 ITU 對 IMT-Advanced 的各項要求為基礎(chǔ)，同時也參照了 3GPP 運營商自身對先進 LTE 的要求。4G LTE 開發(fā)的主要技術(shù)考慮因素包括：
•LTE 無線技術(shù)與體系結(jié)構(gòu)的持續(xù)改進
•與傳統(tǒng)無線接入技術(shù)進行互通的情景與性能要求
•LTE-Advanced 向后兼容 LTE。LTE 終端應(yīng)當能夠在 LTE-Advanced 網(wǎng)絡(luò)中進行工作，反之亦然。所有例外情況都會納入 3GPP 的考慮范圍。
•需要考慮最近 WRC-07 針對新 IMT 頻譜和現(xiàn)有頻段所做出的決策，以確保 LTE-Advanced 在世界各地可為 20 MHz 以上的信道分配可用的頻譜。同時，這些要求還必須考慮到世界上一些地區(qū)不能使用寬帶信道的情況。
系統(tǒng)性能要求
大多數(shù)情況下，4G-LTE 的系統(tǒng)性能要求會超過 IMT-Advanced 的性能要求。使用 4x4 MIMO 和大于 70 MHz 的傳輸帶寬，便可在 4G LTE 中達到 ITU 規(guī)定的1 Gbps 峰值數(shù)據(jù)速率。從頻譜效率的角度來看，如今的 LTE（第 8 版）已經(jīng)可以滿足 IMT-Advanced 對下行鏈路的要求，但 LTE-Advanced 的 bps/Hz 值加倍，才能滿足 4G 要求。
表 1 對比了 LTE、LTE-Advanced 和 IMT-Advanced 的頻譜效率目標。請注意，盡管 LTE-Advanced 的平均性能目標更接近 ITU 要求，但其峰值速率要遠遠高于 IMT-Advanced 的要求，因而迫切要求提高 4G LTE 的峰值性能。然而 TR 36.913 表示，與峰值頻譜效率和其他特性（例如 VoIP 容量）的目標相比，平均頻譜效率和信元邊緣用戶吞吐量效率的目標應(yīng)得到更優(yōu)先的考慮。5 因此，4G LTE 的工作重點將是解決平均與信元邊緣性能不斷提高所帶來的挑戰(zhàn)。
表 1. LTE、Advanced-LTE 和 IMT-Advanced 的性能目標6
另一個重要的考慮因素是頻譜靈活性。實際可用的頻譜會因區(qū)域和國家的不同而有所差異。3GPP 正在研究頻譜分配的各種部署方案的可行性。
3GPP 解決方案建議
3GPP TR 36.814“E-UTRA 物理層的未來發(fā)展”（Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects7）為實現(xiàn) LTE-Advanced 性能目標提供了推薦的解決方案。LTE-Advanced 推薦解決方案支持以下特性：
•載波和頻譜聚合――由于缺乏相鄰的頻譜提供更寬的傳輸帶寬（達到 100 MHz），因此必須使用載波聚合以滿足峰值數(shù)據(jù)速率和頻譜靈活性的要求。允許相鄰和非相鄰分量載波的聚合。
•增強的上行鏈路多址接入――添加 N 倍的 DFT 擴頻 OFDM（也稱為“聚合的 SC-FDMA”）將能滿足增長的數(shù)據(jù)速率要求，同時還可向后兼容 LTE。
•更高階 MIMO 傳輸――使用下行鏈路中的 8x8 MIMO 和上行鏈路中的 4x4 MIMO，以達到峰值數(shù)據(jù)速率。業(yè)界正在考慮使用波束賦形和空間復用，來提高數(shù)據(jù)速率、擴大覆蓋范圍與容量。
•協(xié)同多點（CoMP）發(fā)射和接收――這種 MIMO 旨在通過改善性能，獲得更高的數(shù)據(jù)速率、信元邊緣吞吐量和系統(tǒng)吞吐量。版本 11 將對此展開研究。
•中繼轉(zhuǎn)發(fā)――信道內(nèi)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能可以接收、放大和重新發(fā)射下行鏈路和上行鏈路的信號，從而擴大覆蓋范圍。更先進的中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能可以使用信道內(nèi)的某些子幀承載回程流量。中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能的主要用途是用于改善市區(qū)或室內(nèi)的吞吐量，增添盲區(qū)覆蓋或擴展在郊區(qū)的覆蓋范圍。
其他與 4G LTE 相關(guān)的推薦解決方案可以支持不斷增加的混合網(wǎng)絡(luò)（由宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩、毫微微蜂窩基站，以及中繼器和中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點組成）。業(yè)界正在開發(fā)先進的無線資源管理方法（包括新型自尋優(yōu)網(wǎng)絡(luò)（SON）特性）。4G LTE 標準也一直在關(guān)注毫微微蜂窩基站和家用基站（eNB）在提高網(wǎng)絡(luò)效率和降低基礎(chǔ)設(shè)施成本方面的應(yīng)用。
業(yè)界支持的外場測試已經(jīng)證實了許多 LTE-Advanced 技術(shù)理念的可行性。此外，在 3GPP 提交給 ITU 的方案中包含對其建議方案的自我評估，結(jié)論是 LTE-Advanced滿足所有的 IMT-Advanced 要求，IMT 應(yīng)正式批準其成為 4G 標準。然而，4G LTE 的部署時間很難預(yù)測，而且還可能受到業(yè)內(nèi)需求以及目前第 8 版和第 8 版 LTE 能否成功推出的影響。
設(shè)計與測試挑戰(zhàn)
LTE-Advanced 作為 LTE 的演進標準，將會給設(shè)計和測試工程師帶來類似的挑戰(zhàn)。LTE 標準采用了大量創(chuàng)新和復雜的技術(shù)，包括多種信道帶寬、不同的上下行鏈路傳輸方案、頻分雙工與時分雙工（FDD 和 TDD）傳輸模式，以及 MIMO 天線技術(shù)。LTE 和 LTE-Advanced 可能會與 2G 和 3G 蜂窩系統(tǒng)同時共存一段時間，因此仍需重點考慮兩者的互通必要性和潛在干擾。在復雜的無線環(huán)境中，LTE 已經(jīng)把性能目標提升到非常高的水平，而 LTE-Advanced 的目標甚至更高。
針對 LTE-Advanced 的推薦解決方案預(yù)測到某些新的挑戰(zhàn)。例如，載波聚合無疑會給用戶設(shè)備（UE）帶來極大的困難，這是因為 UE 必須處理多個鏈路上同時發(fā)射和接收的信號。添加同時不相鄰發(fā)射機能夠建立一個在雜散管理和自偏截止方面（self-blocking）非常具有挑戰(zhàn)性的無線環(huán)境。同時進行發(fā)射或接收，并且還要提供必要的 MIMO 支持，這將會給天線設(shè)計帶來極大的挑戰(zhàn)。
在上行鏈路中引入聚合的 SC-FDMA，可以在分量載波內(nèi)實現(xiàn)頻率可選的調(diào)度，從而獲得更出色的鏈路性能。此外，它還能夠同時調(diào)度 PUCCH 和 PUSCH，降低時延。然而，聚合的 SC-FDMA 可以使峰均功率比（PAR）提高幾 dB，從而加重發(fā)射機的線性問題。同時 PUCCH 和 PUSCH 也會增大 PAR。這兩種特性都能在信道帶寬內(nèi)生成多載波信號，并增大信道內(nèi)與相鄰信道的雜散生成幾率。工程師需要增強測試工具的能力，以便在 4G 功率放大器中生成多載波信號并對其進行與分析。
更高階 MIMO 將會以類似載波聚合的方式擴大對同時收發(fā)信機的需求。但是，MIMO 面臨著另一個挑戰(zhàn)，即天線數(shù)量將大幅度增加，并且必須解除 MIMO 天線的關(guān)聯(lián)。這在設(shè)計多頻段 MIMO 天線時顯得更為困難。MIMO 天線應(yīng)當具備良好的關(guān)聯(lián)解除性能，以便在狹小的 4G UE 空間內(nèi)進行操作。對高階 MIMO 終端的傳導測試不能再用于預(yù)測可操作網(wǎng)絡(luò)的實際輻射性能。3GPP 標準第 9 版中的一個研究項目正在嘗試將 MIMO 空中接口測試作為替代解決方案。
從 UE 的角度看，中繼轉(zhuǎn)發(fā)是完全透明的。因此，挑戰(zhàn)全部集中在網(wǎng)絡(luò)方面。要想讓系統(tǒng)正常運行，從中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點到宏 eNB 的鏈路資源要充足，這意味著站點必須處在一條直線上（line of site positioning）。執(zhí)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能所面臨的主要操作挑戰(zhàn)將是 UE 的管理。必須將 UE 移交至范圍內(nèi)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，當 UE 超出范圍時釋放中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。如果不能對這個過程進行良好的管理，那么信元的性能可能會大幅度下降，而不會達到預(yù)期的水平。
以上僅僅是 4G LTE 給無線設(shè)計與測試工程師帶來的部分挑戰(zhàn)。隨著 4G 標準的公布以及認證過程的不斷發(fā)展，測試廠商也必須相應(yīng)地提高其產(chǎn)品的性能，并為不斷演進的 4G 系統(tǒng)開發(fā)出創(chuàng)新的性能驗證方法。
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