隨著首批LTE網絡已投入使用，運營商將業(yè)務重心轉向大規(guī)模提供移動寬帶業(yè)務。但是，在讓用戶獲得下一代蜂窩技術的全部好處之前，仍然有一些問題需要克服?除了技術問題以外，在LTE業(yè)務的一些更廣泛方面仍有一些問題待解決。本文從測試工程師的角度來討論這些挑戰(zhàn)。不過在討論用戶端設備(UE)設計和測試的技術挑戰(zhàn)之前，先從更廣闊的視野來看看一些潛在問題。
在本文撰寫時，LTE終端的正式認證尚未開始。主要認證機構(GCF、PTCRB)計劃在2010年12月推出用于協(xié)議、RF及無線資源管理的一致性測試方案。但由于一些市場已開始銷售LTE終端，所以不得不擔心這些終端將來是否能夠通過這些一致性測試。
對于支持高數(shù)據(jù)率(下行鏈路為100Mbps，上行鏈路為50Mbps)的LTE Category 3終端，回程容量(backhaul capacity)是否能夠應付呢?從長遠來看，隨著LTE用戶數(shù)量的增加，小區(qū)中所有用戶在無線網絡上的帶寬共享將成為一個重要因素。如果小區(qū)中用戶數(shù)量太多，那么性能就可能受到影響。此外，隨著活動用戶數(shù)量的增加，小區(qū)邊緣性能將受到更高信噪比(SNR)的影響。
對于潛在的全球移動數(shù)據(jù)網絡，還要滿足數(shù)據(jù)用戶對全球漫游的期望。盡管這在技術上是可行的，但漫游數(shù)據(jù)業(yè)務收費過高的問題還需要加以解決。另一方面，對網絡運營商來說，統(tǒng)一費率數(shù)據(jù)方案已成為一個問題，因為提供的是不斷變化且肯定不斷增加的數(shù)據(jù)量，而獲得的卻是固定的收入。
由于LTE是CDMA2000網絡運營商(如Verizon Wireless)的下一代技術選擇，所以與3GPP2 CDMA2000高費率分組數(shù)據(jù)業(yè)務的互通是一個明確要求。在LTE無線網絡接口處合并3GPP和3GPP2網絡拓撲是一個有意義的進展，這需要進行周密的測試，以確保其運行達到預期目標。
對網絡運營商來說，維持同時使用IP網絡和傳統(tǒng)電路交換網絡的語音業(yè)務將會是一大挑戰(zhàn)。主流網絡運營商在2010年移動通信世界大會(Mobile World Congress 2010)上宣布的有關VoLTE(語音LTE)標準化的協(xié)議，將在很大程度上解決這個問題。但是，使用3GPP的IMS(IP多媒體子系統(tǒng))技術仍然需要進行大規(guī)模部署。
測試挑戰(zhàn)和需求
滿足LTE終端設備的嚴格要求的關鍵在于將設計分成子系統(tǒng)，并制定一個允許在測試完整終端之前對每個設計部分進行徹底檢驗的測試計劃。如果不采用這種模塊化方案，則問題的診斷可能拖到項目的最后階段，以致難以管理最終發(fā)布階段，包括現(xiàn)場試驗及一致性測試。
無論終端設計是從頭開始、基于較早前的設計還是使用第三方集成組件，都需進行多項關鍵性能測量。其中一些測量(如最大輸出功率、功率控制和接收機靈敏度)是早前技術已經熟悉的，但由于所用的傳輸方式(下行鏈路中為OFDMA，上行鏈路中為SC-FDMA)不同，所以需要新的測量設備來支持這些測試。
其它一些測量是LTE特有的。例如，對于OFDMA傳輸方式，子載波誤差向量幅度(EVM)變成調制器性能的一項重要測試。隨著700MHz模擬TV頻譜的可供使用，LTE將以低于GSM或WCDMA的頻率來部署，從而得到大很多的帶寬：20MHz/700MHz=2.8%。相比之下，對于典型的WCDMA終端為：5MHz/2100MHz=0.24%。這會對一些調制器架構帶來挑戰(zhàn)，因為它會導致小區(qū)邊緣處的EVM值較高，所以在設計階段要特別注意這一點。
由于一些測試(如功率控制)的動態(tài)性質，所以需要使用信令協(xié)議來建立測量條件。這就要求測試設備必須包括協(xié)議棧和模擬演進型節(jié)點B(eNB)基站。由于這些測量通常是由RF工程師而不是協(xié)議專家來執(zhí)行的，所以所用的測試設備必須易于配置，使工程師能夠將精力集中于測量本身。
協(xié)議測試
協(xié)議棧開發(fā)者面臨的主要挑戰(zhàn)之一是確保狀態(tài)變化響應要求得到滿足。雖然LTE規(guī)范已經將終端設備的可能狀態(tài)數(shù)量減少到RRC_IDLE和RRC_CONNECTED，但是在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所需的時間將構成時延預算的一大部分。
在RRC_IDLE模式下，終端設備盡可能將自身處于低功耗狀態(tài)，以確保出色的電池壽命，接收機被周期性地激活以檢查尋呼消息。當數(shù)據(jù)傳輸時間預定后，終端必須處于喚醒狀態(tài)并快速同步其上行鏈路。
在協(xié)議測試過程中，用于生成測試用例的工作量常常與創(chuàng)建協(xié)議棧的工作量一樣多，所以擁有全面而高效的測試設施很重要。為能夠細分測試，重要的是能夠測量用戶平面和控制平面中的每個子層。協(xié)議測試診斷功能在查找故障時很重要。通常，這包括帶時間戳的消息日志記錄和解碼。但重要的是這也可以用于每個子層，以提供跟蹤信令消息流程細節(jié)的功能(從MAC PDU直到RRC消息)，從而確保定時要求得到滿足。
要想能夠為每個層創(chuàng)建測試情景，就必須擁有對測試設備的詳細控制，但這需要盡可能地易于使用，以避免痛苦的學習過程。圖形化測試描述(例如由場景向導所提供的)提供了定義新測試的最清晰方法(圖1)。
性能測試
一旦RF、基帶、協(xié)議棧和應用層實現(xiàn)集成，接下來就需要對整體終端性能進行全面測試。在此階段期間，必須查出和消除數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，以最大化數(shù)據(jù)吞吐量——包括在正常和極端溫度及電源電壓條件下。另外還需要在滿負荷條件下測量功耗、熱特性、電磁兼容性(EMC)、發(fā)射及磁化率。一般情況下，這需要使用2x2下行鏈路多輸入多輸出(MIMO)技術。
測試設備要能夠在小區(qū)之間無縫交接數(shù)據(jù)，同時盡量減小對數(shù)據(jù)吞吐率的影響，就像要能在不同無線接入技術之間進行交接數(shù)據(jù)，同時保持數(shù)據(jù)連接一樣。已有多家供應商推出了設計緊湊、靈活和模塊化的測試儀器。例如，Aeroflex的LTE測試產品就支持用于測試LTE終端性能的所有功能。
雖然LTE物理層使用循環(huán)前綴來增加對多徑效應的抵制，但需要對之進行測試，以確保正確運行。將此測試留到現(xiàn)場試驗階段會增加開發(fā)風險。幸運的是，測試設備供應商提供了內建衰落模擬器和噪聲發(fā)生器的工具，用來在實驗室中模擬實際信號條件。
LTE終端的一個重要性能參數(shù)是其實現(xiàn)和保持與下行鏈路信號同步的能力。LTE OFDMA傳輸方式使用頻率間隔為15 kHz的子載波。接收機也必須對子載波處于精確調諧狀態(tài)，即使存在多普勒頻移效應也不例外。不同步會導致子載波間的相互干擾，從而降低信噪比。要檢驗終端的行為，同樣必須能夠在實驗室中模擬多普勒頻移效應。
本文小結
下一代移動終端需要提供能夠滿足網絡運營商的希望與期待的移動寬帶體驗，因此必須使用逐層方案來測試新的LTE終端，建立起基于實際信號條件的端到端測試場景。確保終端性能在整個小區(qū)內得到保持將是最艱巨的挑戰(zhàn)，特別在小區(qū)內用戶數(shù)量增加以及由此而產生的信號噪聲電平上升的情況下。
LTE終端測試不僅要精確和高效，還要覆蓋全面的測試范圍——包括RF、協(xié)議和系統(tǒng)級測試。測試設備廠商正在提供這一功能，新型及升級型儀器、測試儀和系統(tǒng)已陸續(xù)上市。以盡可能高效的方式實現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量和低時延(就功耗和RF頻譜使用而言)是引入LTE技術的主要目的，但只有在開發(fā)和部署階段進行周密的測試才能實現(xiàn)這一目標。
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