長期演進（LTE）技術正迅速在全球得到普及，僅在2010年4月一個月，就有60多個LTE網(wǎng)絡在實施部署中。LTE對測試設備能力的挑戰(zhàn)超過自 WLAN技術實施以來的任一次技術升級和遷移。為確保明智地選購到可對這些標準進行測試的設備，不僅需要對LTE物理層同時也還要對LTE- Advanced的物理層有詳盡了解。LTE和LTE-Advanced對測試設備要求的改變，是自從2000年初起引入802.11無線局域網(wǎng)技術以來所未有的。

　　LTE簡介

　　LTE是受熱捧的新的蜂窩移動通信標準，它承諾提供高速視頻下載并在蜂窩網(wǎng)絡中支持更多用戶。智能手機的急劇增長在數(shù)據(jù)傳輸速率能力和容量兩個方面顯然都對現(xiàn)有的WCDMA（3G）網(wǎng)絡提出了挑戰(zhàn)。

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

　　LTE-Advanced標準在2009年提交給國際電信聯(lián)盟（ITU），3GPP在2011年批準了該標準。LTE- Advanced使得LTE成為一種真正的“4G”技術，它滿足1Gb/s的峰值數(shù)據(jù)速率要求。LTE-Advanced的試驗業(yè)已展開，預計在未來2至 3年，會得到廣泛部署。因LTE-Advanced建構于LTE之上，所以與從WCDMA過渡到LTE相比，預計LTE-Advanced的部署有望快且容易得多。

　　LTE下行信號結構

　　LTE的下行信號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具有比擴頻調(diào)制好得多的頻譜效率，且同時對窄帶干擾信號具有更好的抵抗力。

　　LTE采用OFDM調(diào)制（如WLAN所用），并進一步對系統(tǒng)進行了時間復用。時間復用技術允許系統(tǒng)支持更多用戶，因為它支持基于實際數(shù)據(jù)使用需求共享帶寬，而不是將時間全部分配給一個用戶。在WCDMA系統(tǒng)和WLAN這兩個系統(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時間，從而導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。頻譜被分為多個子載波，每個頻帶的帶寬為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（圖2）的DSP技術，通常會得到一個sin（x）/x或sinc（x） 函數(shù)響應。為使系統(tǒng)正常運行，一個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，這兩個信號就不會互相干擾。要做到這點，我們按符號速率的倒數(shù)，決定子載波的帶寬。在LTE系統(tǒng)，符號速率是66.7？s，這相當于 15kHz的載波帶寬。

　　圖2：OFDM信號的Sinc（x）響應

　　圖3：LTE的資源塊定義

　　為進一步提高效率、增加用戶數(shù)量，它實時分配各個子載波。這與用于WLAN的OFDM技術明顯不同；在WLAN，用戶在整個時間都占用一個給定信道的所有子載波。最后，LTE的每個子載波都有其自己的調(diào)制階（可?。篞PSK、16QAM或64QAM）。當考慮到將在本文后面討論的自適應調(diào)制時，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的時間和頻率分割，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通話的用戶獲得更多的資源塊。每個資源塊占有180kHz 頻率帶寬、歷時0.5ms。資源塊由資源元素構成，每個元素代表頻譜內(nèi)的1個子載波，最多可攜帶6位（假設采用64QAM調(diào)制）。因此，一個資源塊由12 個資源元素組成，意味著在總共180kHz內(nèi)有12個子載波（15kHz帶寬）。

　　上行信號構造

　　因手機（UE）是由電池供電且可用功率更少，所以上行信號受到的約束更多。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的電池續(xù)航時間。

　　圖4：SC-FDMA調(diào)制與OFMDA調(diào)制的對比

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

　　LTE的一個關鍵設計目標

　　LTE的一個關鍵設計目標是在支持更多用戶的同時，提高從一個信道更有效地獲取更多數(shù)據(jù)的能力。雖然LTE設計的許多方面都有助于實現(xiàn)該目標，但自適應編碼、帶寬調(diào)整和多輸入多輸出（MIMO）技術是其中三項關鍵舉措。

　　LTE系統(tǒng)采用的自適應編碼允許系統(tǒng)調(diào)整每個子載波的調(diào)制階——在20MHz的LTE信道，有多達1200個子載波。這種技術提供了一種根據(jù)特定頻率的信號質(zhì)量調(diào)整每個載波上傳輸塊的大?。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和相應的自適應調(diào)制編碼結果。在該信道的頻率響應中，人們會看到2個空值。這可能是由多普勒效應或某些窄帶干擾信號引起的。在LTE系統(tǒng)中，UE（手機）給基站發(fā)送一個稱為信道質(zhì)量指示（CQI）的信號。然后基站會對信道內(nèi)的子載波的調(diào)制制式進行調(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）調(diào)制。

　　圖5：自適應調(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)形成鮮明對比，在WCDMA系統(tǒng)，不管數(shù)據(jù)速率，用戶始終使用整個信道帶寬（即5MHz）。LTE的做法顯著提升了信道效率。進行簡單語音通話的用戶不應與收發(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技術是支撐LTE的最后一項關鍵技術。MIMO技術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，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：多個天線的信號傳輸路徑將遵循不同的物理路徑，當一個信號因衰減等原因出現(xiàn)惡化時，其它信號會傳輸?shù)煤芎貌缀酢霸丁钡剡_到接收器。波束控制是調(diào)整天線間信號的相位，以“引導”或?qū)⑿盘柧奂揭粋€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強度。最后，波束成形是一種用來調(diào)整對不同天線如何進行數(shù)據(jù)編碼以在信道實現(xiàn)最好傳輸?shù)囊环N技術。波束成形基于如下原則：從2或多個物理上分離的天線發(fā)送的信號將經(jīng)由2或多個非相關的信道傳輸，因此，可采用特殊的數(shù)據(jù)編碼技術以最大限度地提高傳輸吞吐量并提升傳輸信號的完整性。

　　測試LTE和LTE-Advanced設備

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

　　表2：關鍵的LTE物理層測試

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

　　由于帶寬的增加，LTE和LTE-Advanced對測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)測試設備甚至無法測試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。在為當今的LTE測試選用設備時，必須小心謹慎以確保它有能力測試2年后（或更短）就將量產(chǎn)上市的LTE-advanced設備。 LitePoint IQxstream就是為滿足LTE-advanced設備的測試需求設計的，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變特征。

　　LTE不僅對帶寬提出了挑戰(zhàn)，它還推動了對MIMO的測試要求。正確的MIMO測試要求獨立地捕獲并產(chǎn)生發(fā)送給以及來自UE（手機）的信號。 MIMO系統(tǒng)依賴于非關聯(lián)信號，圖7描繪了用LitePoint IQxstream測試儀驗證2×2 MIMO UE的情況。為產(chǎn)生真正的非關聯(lián)信號，必須采用單獨的矢量信號發(fā)生器（VSG）資源。為正確傳輸測量結果，還要求使用單獨的矢量信號分析儀（VSA）資源。設計IQxstream時，已考慮到這一要求，為正確地進行MIMO測試，它提供了2個獨立的VSA和VSG資源。

　　圖7：使用一臺IQxstream將可將MIMO LTE測試資源連接到一臺LTE 2x2 MIMO設備

　　本文總結

　　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年時間里，沒有其它技術改變堪與之比肩。 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。隨著移動用戶吁求更高的數(shù)據(jù)速率和更強健的連接以真正享有云計算和存儲系統(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功能將能同時提高無線鏈路的質(zhì)量以及為先進的新應用提供更高的數(shù)據(jù)速率。測試和制造專業(yè)人士需充分了解LTE和LTE-Advanced物理層建構以確保在選購測試設備時不僅了解LTE的要求，且同時要考慮到，測試設備也還需對LTE-Advanced進行測試。