長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)正迅速在全球得到普及，僅在2010年4月一個(gè)月，就有60多個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)在實(shí)施部署中。LTE對(duì)測(cè)試設(shè)備能力的挑戰(zhàn)超過自 WLAN技術(shù)實(shí)施以來的任一次技術(shù)升級(jí)和遷移。為確保明智地選購(gòu)到可對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備，不僅需要對(duì)LTE物理層同時(shí)也還要對(duì)LTE- Advanced的物理層有詳盡了解。LTE和LTE-Advanced對(duì)測(cè)試設(shè)備要求的改變，是自從2000年初起引入802.11無線局域網(wǎng)技術(shù)以來所未有的。

　　LTE簡(jiǎn)介

　　LTE是受熱捧的新的蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它承諾提供高速視頻下載并在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中支持更多用戶。智能手機(jī)的急劇增長(zhǎng)在數(shù)據(jù)傳輸速率能力和容量?jī)蓚€(gè)方面顯然都對(duì)現(xiàn)有的WCDMA（3G）網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。

　　3GPP在2004年開始開發(fā)LTE。2008年12月，3GPP發(fā)布了LTE標(biāo)準(zhǔn)的Release-8，它強(qiáng)化了上行和下行信號(hào)的空中接口定義。目前已有Release-9，但其中的空中接口沒有顯著變化。全球電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)LTE的接受度正在快速增長(zhǎng)，如到2010年4月為止，全球已經(jīng)有超過60個(gè) LTE部署。

　　LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)在2009年提交給國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU），3GPP在2011年批準(zhǔn)了該標(biāo)準(zhǔn)。LTE- Advanced使得LTE成為一種真正的“4G”技術(shù)，它滿足1Gb/s的峰值數(shù)據(jù)速率要求。LTE-Advanced的試驗(yàn)業(yè)已展開，預(yù)計(jì)在未來2至 3年，會(huì)得到廣泛部署。因LTE-Advanced建構(gòu)于LTE之上，所以與從WCDMA過渡到LTE相比，預(yù)計(jì)LTE-Advanced的部署有望快且容易得多。

　　LTE下行信號(hào)結(jié)構(gòu)

　　LTE的下行信號(hào)使用正交頻分多址接入（OFDMA）調(diào)制方式，OFDMA基于802.11無線局域網(wǎng)。OFDM具有比擴(kuò)頻調(diào)制好得多的頻譜效率，且同時(shí)對(duì)窄帶干擾信號(hào)具有更好的抵抗力。

　　LTE采用OFDM調(diào)制（如WLAN所用），并進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了時(shí)間復(fù)用。時(shí)間復(fù)用技術(shù)允許系統(tǒng)支持更多用戶，因?yàn)樗С只趯?shí)際數(shù)據(jù)使用需求共享帶寬，而不是將時(shí)間全部分配給一個(gè)用戶。在WCDMA系統(tǒng)和WLAN這兩個(gè)系統(tǒng)中，即使只有幾千位的數(shù)據(jù)需要傳輸，用戶也100％地占有所分配信道的整個(gè)時(shí)間，從而導(dǎo)致整體效率要低得多。

　　圖1：OFDMA調(diào)制

　　圖1說明了LTE系統(tǒng)內(nèi)的OFDMA是如何工作的。頻譜被分為多個(gè)子載波，每個(gè)頻帶的帶寬為15kHz。而WLAN使用的子載波的帶寬是寬得多的 312.5kHz，所以頻譜效率要低?；诋a(chǎn)生OFDM信號(hào)（圖2）的DSP技術(shù)，通常會(huì)得到一個(gè)sin（x）/x或sinc（x） 函數(shù)響應(yīng)。為使系統(tǒng)正常運(yùn)行，一個(gè)子載波的空值必須與相鄰子載波的峰值排列（line up）起來，這樣，這兩個(gè)信號(hào)就不會(huì)互相干擾。要做到這點(diǎn)，我們按符號(hào)速率的倒數(shù)，決定子載波的帶寬。在LTE系統(tǒng)，符號(hào)速率是66.7？s，這相當(dāng)于 15kHz的載波帶寬。

　　圖2：OFDM信號(hào)的Sinc（x）響應(yīng)

　　圖3：LTE的資源塊定義

　　為進(jìn)一步提高效率、增加用戶數(shù)量，它實(shí)時(shí)分配各個(gè)子載波。這與用于WLAN的OFDM技術(shù)明顯不同；在WLAN，用戶在整個(gè)時(shí)間都占用一個(gè)給定信道的所有子載波。最后，LTE的每個(gè)子載波都有其自己的調(diào)制階（可?。篞PSK、16QAM或64QAM）。當(dāng)考慮到將在本文后面討論的自適應(yīng)調(diào)制時(shí)，最后這一功能很重要。

　　在LTE系統(tǒng)內(nèi)，用資源塊（RB）描述下行和上行信號(hào)的時(shí)間和頻率分割，如圖3所示。

　　LTE系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)用法分配資源塊。下載視頻的用戶將比用手機(jī)通話的用戶獲得更多的資源塊。每個(gè)資源塊占有180kHz 頻率帶寬、歷時(shí)0.5ms。資源塊由資源元素構(gòu)成，每個(gè)元素代表頻譜內(nèi)的1個(gè)子載波，最多可攜帶6位（假設(shè)采用64QAM調(diào)制）。因此，一個(gè)資源塊由12 個(gè)資源元素組成，意味著在總共180kHz內(nèi)有12個(gè)子載波（15kHz帶寬）。

　　上行信號(hào)構(gòu)造

　　因手機(jī)（UE）是由電池供電且可用功率更少，所以上行信號(hào)受到的約束更多。降耗舉措要優(yōu)先于最大可能的數(shù)據(jù)吞吐量。在LTE下行，采用單載波頻分多址（SC-FDMA）以降低功放的功耗。因SC-FDMA的峰/均值比要低得多，所以其對(duì)線性的要求小于OFDM調(diào)制。這樣就以較低的上行數(shù)據(jù)傳輸速率換取了更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間。

　　圖4：SC-FDMA調(diào)制與OFMDA調(diào)制的對(duì)比

　　SC-FDMA是在一個(gè)載波上串行傳輸數(shù)據(jù)，而OFMDA是在多個(gè)載波上并行傳輸數(shù)據(jù)。不同數(shù)據(jù)流的串行傳輸往往使總和的信號(hào)有更多的隨機(jī)特性，從而降低了信號(hào)的峰/均值比。OFDMA和SCFDMA的“載波”時(shí)長(zhǎng)都是一個(gè)時(shí)隙（0.5ms）。SC-FDMA的最小頻率分配是1個(gè)資源塊，也即 180kHz。

　　LTE的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　LTE的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)是在支持更多用戶的同時(shí)，提高從一個(gè)信道更有效地獲取更多數(shù)據(jù)的能力。雖然LTE設(shè)計(jì)的許多方面都有助于實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，但自適應(yīng)編碼、帶寬調(diào)整和多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是其中三項(xiàng)關(guān)鍵舉措。

　　LTE系統(tǒng)采用的自適應(yīng)編碼允許系統(tǒng)調(diào)整每個(gè)子載波的調(diào)制階——在20MHz的LTE信道，有多達(dá)1200個(gè)子載波。這種技術(shù)提供了一種根據(jù)特定頻率的信號(hào)質(zhì)量調(diào)整每個(gè)載波上傳輸塊的大?。磾?shù)據(jù)量）的能力。

　　圖5顯示了為在該信道最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸能力，一種可能的信道頻率響應(yīng)和相應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)制編碼結(jié)果。在該信道的頻率響應(yīng)中，人們會(huì)看到2個(gè)空值。這可能是由多普勒效應(yīng)或某些窄帶干擾信號(hào)引起的。在LTE系統(tǒng)中，UE（手機(jī)）給基站發(fā)送一個(gè)稱為信道質(zhì)量指示（CQI）的信號(hào)。然后基站會(huì)對(duì)信道內(nèi)的子載波的調(diào)制制式進(jìn)行調(diào)整（或調(diào)適）。參考圖5，這些載波不是沒有調(diào)制（即沒有數(shù)據(jù)）就是采用的是QPSK（低階、抗錯(cuò)）調(diào)制。

　　圖5：自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）

　　LTE系統(tǒng)根據(jù)所需的數(shù)據(jù)使用情況，調(diào)整信道帶寬。這與WCDMA系統(tǒng)形成鮮明對(duì)比，在WCDMA系統(tǒng)，不管數(shù)據(jù)速率，用戶始終使用整個(gè)信道帶寬（即5MHz）。LTE的做法顯著提升了信道效率。進(jìn)行簡(jiǎn)單語(yǔ)音通話的用戶不應(yīng)與收發(fā)視頻流的用戶占用相等的資源。

　　圖5：LTE中的帶寬調(diào)整

　　LTE的可用帶寬如表1所示。

　　表1：LTE的帶寬和資源塊分配

　　MIMO技術(shù)是支撐LTE的最后一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。MIMO技術(shù)借助不同的物理天線發(fā)送和接收不同的數(shù)據(jù)流，以提高數(shù)據(jù)吞吐量并提高傳輸可靠性。MIMO系統(tǒng)采用了多種技術(shù)，其中可能包括傳輸路徑分集、波束控制和波束成形。

　　路徑分集利用了如下事實(shí)：多個(gè)天線的信號(hào)傳輸路徑將遵循不同的物理路徑，當(dāng)一個(gè)信號(hào)因衰減等原因出現(xiàn)惡化時(shí)，其它信號(hào)會(huì)傳輸?shù)煤芎貌缀酢霸丁钡剡_(dá)到接收器。波束控制是調(diào)整天線間信號(hào)的相位，以“引導(dǎo)”或?qū)⑿盘?hào)聚集到一個(gè)特定接收器，這樣，在不增加整體發(fā)射功率的前提下，在接收器端，就得到了更好的信號(hào)強(qiáng)度。最后，波束成形是一種用來調(diào)整對(duì)不同天線如何進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼以在信道實(shí)現(xiàn)最好傳輸?shù)囊环N技術(shù)。波束成形基于如下原則：從2或多個(gè)物理上分離的天線發(fā)送的信號(hào)將經(jīng)由2或多個(gè)非相關(guān)的信道傳輸，因此，可采用特殊的數(shù)據(jù)編碼技術(shù)以最大限度地提高傳輸吞吐量并提升傳輸信號(hào)的完整性。

　　測(cè)試LTE和LTE-Advanced設(shè)備

　　3GPP發(fā)布的文件TS36.521和TS36.101完善定義了LTE和LTE-advanced設(shè)備的物理層測(cè)試。當(dāng)開發(fā)一種生產(chǎn)測(cè)試方案時(shí)，物理層測(cè)試是要考慮的主要測(cè)試。表2列出了用于LTE的關(guān)鍵測(cè)試。

　　表2：關(guān)鍵的LTE物理層測(cè)試

　　比之于以前推出的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)（即WCDMA），LTE沒有引入任何真正新的測(cè)試或設(shè)備規(guī)范。發(fā)射功率、誤差向量幅度（EVM）以及接收靈敏度測(cè)量對(duì)具有以前蜂窩系統(tǒng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的人來說，都是熟悉的。

　　由于帶寬的增加，LTE和LTE-Advanced對(duì)測(cè)試提出了新的巨大挑戰(zhàn)。圖6給出了LTE和LTE-advanced的最大信道帶寬。LTE的帶寬是W-CDMA的4倍，而LTE-Advanced的則是W-CDMA的20倍。

　　圖6：LTE和LTE-Advanced的帶寬

　　大量的傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備甚至無法測(cè)試LTE，而目前的許多系統(tǒng)也不具備LTE-Advanced系統(tǒng)所要求的100MHz IF帶寬。在為當(dāng)今的LTE測(cè)試選用設(shè)備時(shí)，必須小心謹(jǐn)慎以確保它有能力測(cè)試2年后（或更短）就將量產(chǎn)上市的LTE-advanced設(shè)備。 LitePoint IQxstream就是為滿足LTE-advanced設(shè)備的測(cè)試需求設(shè)計(jì)的，它具有100MHz的中頻（IF）帶寬。它允許IQxstream能在一次采集中捕獲LTE-Advanced系統(tǒng)內(nèi)的全部5個(gè)20MHz信道。有了這種能力，可以很容易地觀察到任意信道間的任何時(shí)變特征。

　　LTE不僅對(duì)帶寬提出了挑戰(zhàn)，它還推動(dòng)了對(duì)MIMO的測(cè)試要求。正確的MIMO測(cè)試要求獨(dú)立地捕獲并產(chǎn)生發(fā)送給以及來自UE（手機(jī)）的信號(hào)。 MIMO系統(tǒng)依賴于非關(guān)聯(lián)信號(hào)，圖7描繪了用LitePoint IQxstream測(cè)試儀驗(yàn)證2×2 MIMO UE的情況。為產(chǎn)生真正的非關(guān)聯(lián)信號(hào)，必須采用單獨(dú)的矢量信號(hào)發(fā)生器（VSG）資源。為正確傳輸測(cè)量結(jié)果，還要求使用單獨(dú)的矢量信號(hào)分析儀（VSA）資源。設(shè)計(jì)IQxstream時(shí)，已考慮到這一要求，為正確地進(jìn)行MIMO測(cè)試，它提供了2個(gè)獨(dú)立的VSA和VSG資源。

　　圖7：使用一臺(tái)IQxstream將可將MIMO LTE測(cè)試資源連接到一臺(tái)LTE 2x2 MIMO設(shè)備

　　本文總結(jié)

　　LTE和LTE-Advanced給蜂窩通信系統(tǒng)帶來巨大變化，在從GSM過渡到W-CDMA系統(tǒng)后的這近10年時(shí)間里，沒有其它技術(shù)改變堪與之比肩。 LTE系統(tǒng)使用OFDM調(diào)制規(guī)則以更迅捷地將更多數(shù)據(jù)發(fā)送給更多用戶。隨著移動(dòng)用戶吁求更高的數(shù)據(jù)速率和更強(qiáng)健的連接以真正享有云計(jì)算和存儲(chǔ)系統(tǒng)的好處，系統(tǒng)帶寬將從最初LTE的20MHz提高到LTE-Advanced系統(tǒng)的100MHz。此外，LTE具有的MIMO功能將能同時(shí)提高無線鏈路的質(zhì)量以及為先進(jìn)的新應(yīng)用提供更高的數(shù)據(jù)速率。測(cè)試和制造專業(yè)人士需充分了解LTE和LTE-Advanced物理層建構(gòu)以確保在選購(gòu)測(cè)試設(shè)備時(shí)不僅了解LTE的要求，且同時(shí)要考慮到，測(cè)試設(shè)備也還需對(duì)LTE-Advanced進(jìn)行測(cè)試。