R&S LTE TDD测试解决方案

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LTE和其他无线系统在空中接口上存在很大的不同，对于测试就提出了新的要求。R&S凭借其积累的丰富经验成果，不仅可以为LTEFDD，也可以为LTETDD无线设备研发提供完整的测试产品线。
2007年11月，3GPPRAN151会议通过了27家公司联署的LTETDD融合帧结构的建议，统一了LTETDD的两种帧结构。融合后的LTETDD帧结构是以TD-SCDMA的帧结构为基础的，这就为TD-SCDMA成功演进到LTE乃至4G标准奠定了基础。
LTETDD技术特点
由于FDD和TDD两种双工方式在物理特性上所固有的不同，LTE系统为TDD的工作方式进行了一系列专门的设计，这些设计在一定程度上参考和继承了TD-SCDMA的设计思想。
无线帧结构
因为TDD采用时间来区分上、下行，资源在时间上是不连续的，需要保护时间间隔来避免上下行之间的收发干扰，所以LTE分别为FDD和TDD设计了各自的帧结构，即Type1和Type2。
在FDDType1中，10ms的无线帧分为10个长度为1ms的子帧，每个子帧由两个长度为0.5ms的slot组成。在TDDType2中，10ms的无线帧由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。普通子帧由两个0.5ms的slot组成，特殊子帧由3个特殊时隙(UpPTS，GP和DwPTS)组成，如图1所示。

图1 LTE 帧结构类

在LTE中TDD与FDD帧结构最显著的区别在于：在TDDType2帧结构中存在1ms的特殊子帧，该子帧由三个特殊时隙组成：DwPTS，GP和UpPTS，其中DwPTS始终用于下行发送，UpPTS始终用于上行发送，而GP作为TDD中下行至上行转换的保护时间间隔。三个特殊时隙的总长度固定为1ms，其各自的长度可以根据网络的实际需要进行配置。
上下行的时间分配
TDD另外一个显著区别于FDD的物理特征是FDD依靠频率区分上下行，因此其单方向的资源在时间上是连续的；而TDD依靠时间来区分上下行，所以其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。
允许同一时间上存在多个随机接入信道(频分)是TDD上下行时分的结构形成的又一设计结果。在LTEFDD的设计中，同一时刻只允许一个随机接入信道的存在，即仅在时间域上改变随机接入信道的数量。而在TDD中，时间资源已经在上下行进行了分配，同时由于不同的上下行配比的存在，可能存在上行子帧数目很少的情况，因此在TDD中需要支持频分的随机接入信道。
同步信道
同步信道是另一项体现不同双工方式的设计。LTE中用于小区搜索的同步信道包括“主同步信号”和“辅同步信号”。在两种帧结构中，同步信号具有不同的位置：在FDDType1中两个同步信号连接在一起，位于子帧0和5的中间位置；而TDDType2中，辅同步信号位于子帧0的末尾，主同步信号位于特殊子帧，即DwPTS的第三个符号。在两种帧结构中，同步信号在无线帧中的绝对位置不相同，更为重要的是，主、辅同步信号的相对位置不同：在FDD中两个信号连接在一起，而在TDD中两个信号之间有两个符号的时间间隔。由于同步信号是终端进行小区搜索时最先检测的信号，这样不同的相对位置的设计使得终端在接入网络的最开始阶段就可以检测出网络的双工方式,如图2所示。

图2 同步信道

R&S LTE TDD 测试方案

  
3GPPLTE和之前的系统在空中接口上存在很大的不同，所以对于测试就提出了新的要求。Rohde&Schwarz对于UMTSLTE从早期的研发阶段就开始跟踪研究，积累了丰富的经验成果，目前不仅可以为LTEFDD，而且也可以为LTETDD无线设备研发提供完整的测试产品线。
由于3GPPLTE标准的发展还未最终完成，R&S公司在开发LTE选件时保持了高度的灵活性，软件会定期更新，确保测试仪表依据的标准和最新发展保持一致，使它们满足3GPPLTE未来开发的要求。下面针对在LTE早期的研发中一些重要的测试项目进行介绍：
如何灵活地对LTE射频和基带信号进行模拟产生和分析。
如何对不同的MIMO模式进行进行测试。
如何在协议栈开发的早期就进行测试，使之符合一致性的要求。
LTE信号产生
LTE的测试首先需要模拟LTE射频信号，并且研究其统计特性。对于LTE下行，研究人员可以从WiMAX和WLAN等技术中参考得到OFDMA的射频特性。但是对于上行，LTE上行使用的SC-FDMA技术在其他标准中并没有使用。因此上行信号特性需要进行特别的研究。LTE信号模拟中的一些通常设置包括频率、带宽、LTE信号包含资源块的数目、天线配置、参考信号序列配置、下行同步信道配置、循环前缀长度、用户数据和调制方式的分配和L1/L2控制信道的配置等参数。
LTE信号分析
其次在LTE信号的射频分析方面，由于LTE信号采用了新的接入方式OFDMA，信号带宽最高可达20MHZ，这些对于信号的频域分析和调制域分析都提出了更高的要求。R&SFSQ和R&SFSG信号分析仪能分析3GPPLTE基站或者移动电话的发射机模块。信号分析选件R&SFSQ-K101和R&SFSQ-K105支持LTEFDD和TDD射频调制信号的测量，并以图形或表格显示结果：诸如EVM、频率误差、频谱平坦度、I/Q偏移、眼图、星座图及群时延等测量结果。选件R&SFSQ-K100和R&SFSQ-K104可用于分析3GPPLTE下行信号，跟上行信号选件类似，该选件能在频域，时域及调制域对标准规定的所有信道带宽的3GPPLTEFDD和TDD信号进行测量。
LTEMIMO测试
R&S公司的射频信号发生器SMU200A或基带信号发生器AMU200A，都可以使用单台仪表进行MIMO接收机测试。这两款信号发生器都配置两个信号源，加装R&SSMU-K74或者AMU-K74选件后，就可以实时模拟2×2MIMO系统所需的4个衰落信道，从而对2×2的MIMO接收机进行测试。这两款仪表解决方案都支持ITU为3GPPLTE定义的、包含衰落路径之间的相关特性的各种衰落模式。
LTE协议测试
LTE协议栈的测试用来验证一些信令功能，例如呼叫建立和释放，呼叫重配置，状态处理和移动性等。和2G，3G系统的互操作性测试是对LTE的另外一个需求。此外为了保证终端的协议栈和应用可以处理高数据率的数据，需要测试验证终端吞吐量的要求。在LTE实现的早期，研发部门需要包含各个参数配置的多种测试场景来进行LTE协议栈的测试。此外LTE物理层具有很多重要功能，这包括小区搜索、HARQ协议、调度安排、链路自适应、上行时间控制和功率控制等。而且这些过程有着很严格的定时要求。因此也需要对物理层进行完全测试来保证LTE的性能。
R&S推出的LTE协议测试仪CMW500，其功能强大的硬件方案可以提供的频率高达6GHz，带宽为40MHz。它不仅可以用于一致性测试，性能测试和互操作测试，而且还把它的优点扩展到产品生命周期的后续阶段，从而可以给芯片和无线设备制造商在UMTSLTE协议一致性研发的各个阶段中带来多重好处。而且它还有一个可供选择的用于PC机上的软件方案，可以支持个人开发者在早期就进行协议开发的工作，从而有效降低UMTSLTE无线设备整个研发过程中的成本。
通过在CMW500上配置CMW-KP500MLAPI和CMW-KP501LLAPI，R&S提供了协议栈测试所需的底层和高层两种不同编程接口，这样开发者在早期就可以对协议栈进行灵活测试，而且这样的测试是和后期的一致性测试完全兼容的，可以节省后期测试的时间和成本。