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利用現實世界技術測試TD-LTE

上網時間: 2014年05月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:通道模擬器  波束成形  TD-LTE  MIMO  FDD 

作者:Erik Org,Azimuth Systems資深行銷經理

由於最初的無線殺手級應用——語音,需要相同容量的上行鏈路和下行鏈路,許多無線資料網路最初都是專為提供對稱資料量而設計的。用於授權與拍賣的頻譜區段也是成對的,因為這非常適於頻分多工(FDD)協議,特別是當語音成為主要應用時,這種方案能夠有效地滿足廠商和用戶要求。

然而,隨著寬頻資料服務的快速進展,對於網路的要求已經變得不對等了。換句話說,網路的下行鏈路和上行鏈路負載不再均衡,因為使用者的下載內容量通常要比上傳的量更多。當使用對稱配置的資料服務時,這種不對稱的資料需求將導致下行鏈路很快達到滿載,而上行鏈路利用率卻嚴重不足。

在這種情況下,分時多工(TD)協議顯然存在很大的優勢,因為它可以透過調整上行鏈路和下行鏈路傳輸的排程,為上行鏈路和下行鏈路之間的相對頻寬分配進行調整。透過高效的排程調度,電信業者就能讓網路的運作實現比對稱模型更高的利用率。TD-LTE讓頻寬分配可根據網路的特定需求實現動態修改,以及更新單一通道的上行鏈路和下行鏈路傳輸排程,從而協助電信業者以更高的利用率運作LTE網路。

實現一種強韌且可靠的TD-LTE測試方法,關鍵在於確保測試設備支援多項重要要求。在現實世界中,上行鏈路和下行鏈路共存於相同的頻譜中,因此專為支援成功部署TD-LTE的有效測試設備也必須提供這些同樣的特性。特別是測試設備必須支援雙向測試工作,並且具有相位和振幅均衡的上行鏈路和下行通道。

諸如通道模擬器等先進的無線測試設備可提供TD-LTE測試所需的現實世界環境。在支援裝置和基礎架構測試的解決方案中整合通道模擬器後,所產生的測試結果更能反映現實世界所發生的事實。隨著對於MIMO協議的頻寬和發展要求不斷提高,可同時支援TD-LTE測試所需射頻要求以及建置現實世界典型活動相關模型的通道模擬器將成為有效測試的關鍵。

TD-LTE系統和設備的實際測試要求

像LTE等MIMO協議如今受現實世界無線電環境不斷變化特質影響的程度比以往任何時候都更深刻,而且在測試過程中所用通道模型呈現的相關度也為其造成顯著影響。雖然一些基礎測試專案使用標準通道模式,但更先進的測試解決方案可以同時支援空中和實驗室中重複無線電場條件的TD-LTE解決方案測試。

使用有線連接完成的標準實驗室測試雖然可以產生可重複的結果,但缺少現實世界和經由空中下載(OTA)的天線測試。雖然OTA測試(如移動式測試)可代表現實世界,但這一類移動式測試(drive test)卻缺少可重複性。這是因為在現實世界測試中存在許多影響性能的變數,例如通道條件會因季節和網路負載發生變化;而像移動式測試等現實世界測試在執行時的成本也是很高的。

為了彌補實驗室和現實世界OTA測試之間的差距,可在實驗室的測試平台上使用通道模擬器。通道模擬器透過使用複雜的通道模式以及眾多可程式設計參數,以可控制與可重複的方式重複現實世界中的通道傳播條件(圖1)。複雜先進的通道模擬器透過兩個方向獨立的可程式設計通道特徵提供雙向作業(下行鏈路和上行鏈路方向同步作業)。透過利用通道模擬器,我們可以驗證無線電設計和性能、提高測試覆蓋率、縮短測試週期,從而在更短的時間內為市場推出更高品質的產品。

具有通道類比功能的點到多點測試案例的原理圖,其中到每個使用者設備(UE)都有一個完全雙向的MIMO通道,它們可真實地再次製作空中條件。
圖1:具有通道類比功能的點到多點測試案例的原理圖,其中到每個使用者設備(UE)都有一個完全雙向的MIMO通道,它們可真實地再次製作空中條件。

在TD-LTE中採用的資料通訊技術通常要求很高的系統動態範圍和優越的射頻精確度。這些無線電系統經常採用先進的數位調變技術來提高容量。64QAM就是一個很好的例子,這種技術在每個OFDM次載波的每個符號上承載6個位元。另外,像OFDMA等技術進一步改進了系統的作業,並支援可擴展的容量。這些技術加上多天線技術MIMO最終使系統可為行動站提供可擴展且可靠的容量,並實現超過100Mbps的下行資料率,以及超過50Mbps的上行資料率。

但這些性能的提高是有代價的。更高階的調變技術要求更高的動態範圍和線性度。64QAM訊號可能需要超過20dB的訊息雜訊比(SNR),才能取得比目標最大區塊錯誤率更好的性能。OFDM系統傳送許多小的次載波,從而導致暫態功率電平發生寬廣範圍的變化;大於10dB的峰值平均功率比(PAPR)並不少見。在行動通訊中的典型頻選衰減環境中,某些OFDM次載波可能會大幅衰減,有些則不會,因此進一步增加對於動態範圍的要求。TD-LTE標準目前以SC-FDMA建置上行鏈路,為了減輕深度衰減的影響而進行專門的設計,因而降低了UE的功耗。

通道模擬器輸入動態範圍

在選擇與3GPP TD-LTE設備一起使用的通道模擬器時需要考慮與輸入功率有關的幾個因素。這些考慮因素包括輸入功率範圍、峰值功率和SNR餘量。

3GPP LTE設備的發送訊號可具備非常寬廣的動態功率範圍。雖然平均功率可能有某種最大值,但當使用OFDM技術時,PAPR可能超過10dB,因此系統必須可因應該最大值。即使是像3GPP TD-LTE UE發射器中使用的SC-FDMA,PAPR也仍然存在,而且可能超過8dB。行動設備也建置了發射功率控制以改變其輸出功率,通常其輸出功率是與eNodeB距離的函數。TD-LTE發射功率控制可能導致實際功率變化達63dB甚至更高。此外,當設備傳送更高階調變,如64QAM時,必須保持足夠高的SNR。當與3GPP TD-LTE UE連接時,允許直接連接發射功率從+23dBm至-40dBm的設備,同時還具有足夠PAPR和SNR餘量的通道模擬器將可提供強韌且高效的測試配置。

(下一頁繼續:雙向性與相位平衡)


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