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如何使用现有测试技术测试TD-LTE

上网日期: 2014年05月08日 ?? 作者: Erik Org ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:信道模拟器? 动态范围? 本底噪声? 波束成形?

作者:Erik Org,Azimuth Systems公司

由于最初的无线杀手级应用----语音,要求形同容量的上行链路和下行链路,许多无线数据网络最初是为提供对称数据容量而设计的。许可和拍卖的频谱块也是成对的,因为这非常适合频分复用(FDD)协议,当语音是主要应用时这种方案能够很好地满足运营商和用户要求。

然而,随着宽带数据服务的快速发展,对网络的要求已经变成了不对称。换句话说,网络上的下行链路和上行链路负载不再平衡,因为用户的下载内容量通常要比上载的量多得多。当使用对称配置的数据服务时,这种不对称的数据要求将很快导致下行链路达到满负荷,而上行链路利用率严重不足。

在这种情况下时分复用(TD)协议就有很大的优势,因为它可以通过调整上行链路和下行链路传输的时隙安排调整上行链路和下行链路之间的相对带宽分配。通过高效的时隙调度,运营商能以比对称模型更高的利用率运作他们的网络。TD-LTE允许根据网络的特定需求动态修改带宽分配,更新单个通道内的上行链路和下行链路传输时隙安排,从而帮助运营商以更高的利用率运营LTE网络。

一种极具鲁棒性和可靠性的TD-LTE测试方法的关键是要确保测试设备支持多个关键要求。在现实世界中,上行链路和下行链路共存于相同的频谱中,因此设计支持成功部署TD-LTE的有效测试设备也必须提供这些同样的特性。特别是测试设备必须支持双向测试工作,并具有相位和幅度平衡的上行链路和下行信道。

诸如信道模拟器等先进的无线测试设备可以提供TD-LTE测试所必需的现实世界环境。在支持设备和基础设施测试的测试解决方案中集成信道模拟器后产生的测试结果能够更好地反映现实世界所发生的事实。随着对MIMO协议的带宽和发展要求的不断提高,能够同时支持TD-LTE测试所需的各种射频要求以及实现现实世界中典型活动的相关模型的信道模拟器将成为高效测试的关键。

对TD-LTE系统和设备的实际测试要求

像LTE等MIMO协议如今受现实世界中不断变化的无线电环境的影响程度比以往任何时候都高,并且测试过程中使用的信道模型所呈现的相关度对它们也有很大的影响。虽然一些基础测试项目使用标准信道模型,但更先进的测试解决方案可以同时支持空中和在实验室中重复的无线电场条件下的TD-LTE解决方案测试。

使用有线连接完成的标准实验室测试虽然可以产生可重复的结果,但缺少现实世界和通过整个天线的空中测试。虽然空中测试(比如行车测试)可以代表现实世界,但诸如行驶测试之类的测试缺少可重复性。这是因为在现实世界测试中存在许多影响性能的变量,例如信道条件会因季节和网络负载发生变化;像行车测试等实际测试的成本也是很高的。

为了弥补实验室和实际空中测试之间的这种差距,可以在实验室的测试平台中使用信道模拟器。信道模拟器通过使用复杂的信道模型和众多可编程的参数以可受控可重复的方式重复现实世界中的信道传播条件(图1)。综合性的信道模拟器通过两个方向上独立的可编程信道特征提供双向操作(下行链路和上行链路方向同时工作)。通过使用信道模拟器,我们可以验证无线电设计和性能,提高测试覆盖率,缩短测试周期,从而在更短的时间内向市场推出更高质量的产品。

具有信道模拟功能的点到多点测试案例的原理图,其中到每个用户设备(UE)都有一个完全双向的MIMO信道,它们可真实地再次创建空中条件(电子工程专辑)
图1:具有信道模拟功能的点到多点测试案例的原理图,其中到每个用户设备(UE)都有一个完全双向的MIMO信道,它们可真实地再次创建空中条件。

像TD-LTE中采用的数据通信技术要求很高的系统动态范围和优秀的射频保真度。这些无线电系统经常采用先进的数字调制技术来提高容量。64QAM(正交幅度调制)就是一个很好的例子,这种技术在每个OFDM副载频每个符号上承载6个比特。另外,像OFDMA等技术进一步改进了系统的操作,支持可扩展的容量。这些技术加上多天线技术MIMO最终能使系统向移动站提供可扩展、可靠的容量,汇聚后的下行数据速率超过100Mbps,上行数据速率超过50Mbps。

但这些性能的提高是有代价的。更高阶的调制技术要求更高的动态范围和线性度。64QAM信号可能需要超过20dB的信噪比(SNR)才能取得比目标最大误块率更好的性能。OFDM系统发送许多小的副载频,这将导致瞬时功率电平发生很宽范围的变化;大于10dB的峰值平均功率比(PAPR)并不少见。在移动通信中的典型频选衰落环境中,某些OFDM副载频可能会大幅衰落,有些又不会,因此进一步增加了对动态范围的要求。TD-LTE标准目前用SC-FDMA实现上行链路,为了减轻深度衰落的影响而进行了专门的设计,因此降低了用户设备的功耗。

信道模拟器的输入动态范围

在选择与3GPP TD-LTE设备一起使用的信道模拟器时需要考虑与输入功率有关的几个因素。这些考虑因素包括输入功率范围、峰值功率和信噪比余量。

3GPP LTE设备的发送信号可能有非常宽的动态功率范围。虽然平均功率可能有某个最大值,但当使用OFDM技术时的PAPR可能超过10dB,因此系统必须适应这个最大值。即使是像3GPP TD-LTE 用户设备的发射器中使用的SC-FDMA,PAPR也仍然存在,并且可能超过8dB。移动设备也有实现发射功率控制来改变它们的输出功率,通常它们的输出功率是与eNodeB距离的函数。TD-LTE发射功率控制可能导致实际功率变化达63dB甚至更高。另外,当设备发送部分采用更高阶的调制,如64QAM时,必须保持足够高的信噪比(SNR)。当与3GPP TD-LTEb用户设备连接时,允许直接连接发射功率从+23dBm至-40dBm的设备、同时还具有足够PAPR和SNR余量的信道模拟器将能提供鲁棒性和高效的测试配置。


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