Agilent 4G LTE-Advanced 测试
名称：频谱分析仪
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简介：4G LTE 是由 3GPP 开发的 LTE 演进版本，旨在达到或超过国际电信联盟（ITU）的要求，建立真正的第四代无线通信标准，即高级国际移动通信（IMT-Advanced）。4G LTE（项目名称是 LTE-Advanced）最初在 3...
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- 产品介绍
4G LTE 是由 3GPP 开发的 LTE 演进版本，旨在达到或超过国际电信联盟（ITU）的要求，建立真正的第四代无线通信标准，即高级国际移动通信（IMT-Advanced）。4G LTE（项目名称是 LTE-Advanced）最初在 3GPP 标准第 10 版中进行了规定，预定于 2011 年 3 月完成标准的最终确定。4G LTE 标准将会在后续版本中不断地完善。2009 年 10 月，3GPP 合作伙伴将 LTE-Advanced 正式提交给国际电信联盟（ITU）1，竞选 4G IMT-Advanced 标准。IMT-Advanced 的认证技术标准预计将于 2011 年初公布。
ITU 对 IMT-Advanced 提出的关键要求是 4G LTE 将会支持以下内容3：
•高度的通用功能适用于全球范围，经济高效的方式灵活地支持多种本地服务与应用
•IMT 和固定网络中的业务相互兼容
•能够与其他无线系统实现互通
•高质量的移动业务
•适于在全球范围内使用的用户设备
•易于使用的应用软件、业务与设备
•支持全球漫游
•增强的峰值数据速率，可支持各种先进移动业务和应用（100 Mbps 针对高移动性，1 Gbps 针对低移动性）
3GPP 列举了 4G LTE 竞选 IMT-Advanced 的另一个原因：符合 IMT 标准的系统将可用于 WRC-07（世界无线通信大会）认定的任意新频段。4
3GPP 的考虑因素
3GPP 技术报告（TR）36.913――《E-UTRA（LTE-Advanced）的未来发展要求》（Requirements for Further Advancements for E-UTRA (LTE-Advanced)）――针对 LTE E-UTRA（空中接口）和 E-UTRAN（空中接口网络）的未来发展提出了若干要求。5 这些要求以 ITU 对 IMT-Advanced 的各项要求为基础，同时也参照了 3GPP 运营商自身对先进 LTE 的要求。4G LTE 开发的主要技术考虑因素包括：
•LTE 无线技术与体系结构的持续改进
•与传统无线接入技术进行互通的情景与性能要求
•LTE-Advanced 向后兼容 LTE。LTE 终端应当能够在 LTE-Advanced 网络中进行工作，反之亦然。所有例外情况都会纳入 3GPP 的考虑范围。
•需要考虑最近 WRC-07 针对新 IMT 频谱和现有频段所做出的决策，以确保 LTE-Advanced 在世界各地可为 20 MHz 以上的信道分配可用的频谱。同时，这些要求还必须考虑到世界上一些地区不能使用宽带信道的情况。
系统性能要求
大多数情况下，4G-LTE 的系统性能要求会超过 IMT-Advanced 的性能要求。使用 4x4 MIMO 和大于 70 MHz 的传输带宽，便可在 4G LTE 中达到 ITU 规定的1 Gbps 峰值数据速率。从频谱效率的角度来看，如今的 LTE（第 8 版）已经可以满足 IMT-Advanced 对下行链路的要求，但 LTE-Advanced 的 bps/Hz 值加倍，才能满足 4G 要求。
表 1 对比了 LTE、LTE-Advanced 和 IMT-Advanced 的频谱效率目标。请注意，尽管 LTE-Advanced 的平均性能目标更接近 ITU 要求，但其峰值速率要远远高于 IMT-Advanced 的要求，因而迫切要求提高 4G LTE 的峰值性能。然而 TR 36.913 表示，与峰值频谱效率和其他特性（例如 VoIP 容量）的目标相比，平均频谱效率和信元边缘用户吞吐量效率的目标应得到更优先的考虑。5 因此，4G LTE 的工作重点将是解决平均与信元边缘性能不断提高所带来的挑战。
表 1. LTE、Advanced-LTE 和 IMT-Advanced 的性能目标6
另一个重要的考虑因素是频谱灵活性。实际可用的频谱会因区域和国家的不同而有所差异。3GPP 正在研究频谱分配的各种部署方案的可行性。
3GPP 解决方案建议
3GPP TR 36.814“E-UTRA 物理层的未来发展”（Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects7）为实现 LTE-Advanced 性能目标提供了推荐的解决方案。LTE-Advanced 推荐解决方案支持以下特性：
•载波和频谱聚合――由于缺乏相邻的频谱提供更宽的传输带宽（达到 100 MHz），因此必须使用载波聚合以满足峰值数据速率和频谱灵活性的要求。允许相邻和非相邻分量载波的聚合。
•增强的上行链路多址接入――添加 N 倍的 DFT 扩频 OFDM（也称为“聚合的 SC-FDMA”）将能满足增长的数据速率要求，同时还可向后兼容 LTE。
•更高阶 MIMO 传输――使用下行链路中的 8x8 MIMO 和上行链路中的 4x4 MIMO，以达到峰值数据速率。业界正在考虑使用波束赋形和空间复用，来提高数据速率、扩大覆盖范围与容量。
•协同多点（CoMP）发射和接收――这种 MIMO 旨在通过改善性能，获得更高的数据速率、信元边缘吞吐量和系统吞吐量。版本 11 将对此展开研究。
•中继转发――信道内的中继转发功能可以接收、放大和重新发射下行链路和上行链路的信号，从而扩大覆盖范围。更先进的中继转发功能可以使用信道内的某些子帧承载回程流量。中继转发功能的主要用途是用于改善市区或室内的吞吐量，增添盲区覆盖或扩展在郊区的覆盖范围。
其他与 4G LTE 相关的推荐解决方案可以支持不断增加的混合网络（由宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝基站，以及中继器和中继转发节点组成）。业界正在开发先进的无线资源管理方法（包括新型自寻优网络（SON）特性）。4G LTE 标准也一直在关注毫微微蜂窝基站和家用基站（eNB）在提高网络效率和降低基础设施成本方面的应用。
业界支持的外场测试已经证实了许多 LTE-Advanced 技术理念的可行性。此外，在 3GPP 提交给 ITU 的方案中包含对其建议方案的自我评估，结论是 LTE-Advanced满足所有的 IMT-Advanced 要求，IMT 应正式批准其成为 4G 标准。然而，4G LTE 的部署时间很难预测，而且还可能受到业内需求以及目前第 8 版和第 8 版 LTE 能否成功推出的影响。
设计与测试挑战
LTE-Advanced 作为 LTE 的演进标准，将会给设计和测试工程师带来类似的挑战。LTE 标准采用了大量创新和复杂的技术，包括多种信道带宽、不同的上下行链路传输方案、频分双工与时分双工（FDD 和 TDD）传输模式，以及 MIMO 天线技术。LTE 和 LTE-Advanced 可能会与 2G 和 3G 蜂窝系统同时共存一段时间，因此仍需重点考虑两者的互通必要性和潜在干扰。在复杂的无线环境中，LTE 已经把性能目标提升到非常高的水平，而 LTE-Advanced 的目标甚至更高。
针对 LTE-Advanced 的推荐解决方案预测到某些新的挑战。例如，载波聚合无疑会给用户设备（UE）带来极大的困难，这是因为 UE 必须处理多个链路上同时发射和接收的信号。添加同时不相邻发射机能够建立一个在杂散管理和自偏截止方面（self-blocking）非常具有挑战性的无线环境。同时进行发射或接收，并且还要提供必要的 MIMO 支持，这将会给天线设计带来极大的挑战。
在上行链路中引入聚合的 SC-FDMA，可以在分量载波内实现频率可选的调度，从而获得更出色的链路性能。此外，它还能够同时调度 PUCCH 和 PUSCH，降低时延。然而，聚合的 SC-FDMA 可以使峰均功率比（PAR）提高几 dB，从而加重发射机的线性问题。同时 PUCCH 和 PUSCH 也会增大 PAR。这两种特性都能在信道带宽内生成多载波信号，并增大信道内与相邻信道的杂散生成几率。工程师需要增强测试工具的能力，以便在 4G 功率放大器中生成多载波信号并对其进行与分析。
更高阶 MIMO 将会以类似载波聚合的方式扩大对同时收发信机的需求。但是，MIMO 面临着另一个挑战，即天线数量将大幅度增加，并且必须解除 MIMO 天线的关联。这在设计多频段 MIMO 天线时显得更为困难。MIMO 天线应当具备良好的关联解除性能，以便在狭小的 4G UE 空间内进行操作。对高阶 MIMO 终端的传导测试不能再用于预测可操作网络的实际辐射性能。3GPP 标准第 9 版中的一个研究项目正在尝试将 MIMO 空中接口测试作为替代解决方案。
从 UE 的角度看，中继转发是完全透明的。因此，挑战全部集中在网络方面。要想让系统正常运行，从中继转发节点到宏 eNB 的链路资源要充足，这意味着站点必须处在一条直线上（line of site positioning）。执行中继转发功能所面临的主要操作挑战将是 UE 的管理。必须将 UE 移交至范围内的中继转发节点，当 UE 超出范围时释放中继转发节点。如果不能对这个过程进行良好的管理，那么信元的性能可能会大幅度下降，而不会达到预期的水平。
以上仅仅是 4G LTE 给无线设计与测试工程师带来的部分挑战。随着 4G 标准的公布以及认证过程的不断发展，测试厂商也必须相应地提高其产品的性能，并为不断演进的 4G 系统开发出创新的性能验证方法。
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