如何使用现有测试技术测试TD-LTE

双向性和相位平衡

时分复用信号给测试设备的设计提出了独特的挑战。在执行双向测试时不需要经过测试设备且用于FDD协议的信号路径来支持相位平衡，因为上行链路和下行链路都工作在不同的频谱，并跟随它们自己的导频。

然而TD协议要求上行链路和下行链路路径是平衡的，这样才能正确地模拟双向连接。当基站能够使用来自上行链路的信息控制下行链路传输时这点尤其重要。

衰落和本底噪声

衰落信道模拟器用于提供真实的快速衰落条件；理想情况下，模拟的衰落条件将匹配使用服务提供商网络上的设备的用户所观察到的情况。

对于诸如3GPP TD-LTE中使用的OFDM信号来说，某些副载频的幅度由于频选衰落的原因可能衰落或瞬时下降20dB甚至更多。由于每个副载频都是一个调制过的信号，当采用高达64QAM的调制时，信号幅度的这种瞬时跌落必须与信道模拟器设备的本底噪声一起加以考虑。

举例来说，如果一个平均输出功率为-40dBm的信号由于衰落原因瞬时降低了20dB，那么幅度将变为-60dBm.为了在64QAM机制下保持25dB这个足够的信噪比，测试设备的本底噪声不应超过-85dBm.测试设备供应商经常用噪声功率谱密度来表示本底噪声。假设有一个25C、10MHz宽的信号（这是3GPP LTE中的典型信号），那么测试设备的噪声功率谱密度需要低于-155dBm/Hz，这样即使在衰落条件下也能保证信号的保真度。如果本底噪声超过这个值，那么有可能当模拟器提供衰落信道时，模拟器也会引入可能导致接收器解调错误的噪声电平，而这种错误不是因待测设备的噪声而是因信道模拟器的本底噪声直接引起的。

波束成形技术的含义

在TD-LTE环境中，许多服务提供商和设备供应商都在考虑部署波束成形技术。通过将传输能量集中在波束中：

可以到达更远的距离；

使用较少的能量就能到达相同的距离；

可以减轻干扰；

可以增加网络容量；

系统性能将有整体改善。

波束成形算法以用于选择波束器的算法基础而闻名。具体到TD-LTE，我们必须考虑到无线空间存在互换的自然特性；也就是说，下行链路的无线路径与上行链路的无线路径看起来是完全一样的。当信号在无线环境中传输时，还存在多径反射、无线信道变化、相位改变等情况。一般来说，波束成形算法利用了空中接口的一些特性，如信道变化和互换性。

信道模拟提供了一种在实验室再生空中传播条件的方法，可用于测试和按标准检测不同的设备。信道模拟可以用来验证由于波束成形算法带来的改进和性能增益。然而，在实验室中完成鲁棒性的波束成形设备测试要求使用双向的信道模拟器，并且在有线实验室环境中需要具备可互换和平衡的路径。


图2：波束成形。

这是因为波束成形算法依赖于上行链路的相位和幅度信息来调整下行链路的天线场图案。信道估计和其它信令信息的交换在基站和移动站之间连续进行，因此在实验室环境中需要提供双向的连接。互换性意味着MIMO系统中每条路径的传输函数在两个方向上看起来完全相同，两个方向上的脉冲响应hij（t）也必须相同（图3）。


图3：波束成形MIMO系统的传输函数。值得注意的是，信道必须具备端到端的互换性，而不只是内部到模拟器。

实际上，用于波束成形的测试设备必须确保下行链路的信道相位通过校准等同于上行链路信道的相位，也就是说DL需要等于UL，平衡也应该是端到端的，即从eNodeB的天线端口的连接点到移动站的天线端口的连接点，而对UL和DL路径来说还要求类似的幅度平衡（图4）。


图4：网络负载对蜂窝边缘性能的影响。

位于蜂窝边缘的终端设备一般都会将发射功率提高到最大允许值，目的是确保连续的鲁棒性通信。然而，这将很快导致发生这种情况：终端设备只能在任意的给定时间周期内发送一个资源块。任何发送一个以上资源块的企图都会将所有可用的发射功率扩展到更多资源块上，从而缩小最大范围。

然而事实上TD-LTE可以提供相当于FDD性能的蜂窝边缘性能，因为几乎所有蜂窝通常都有一个以上的用户，这样每个设备在单位时间内都将受限于单个资源块，与TD-LTE或FDD LTE的最大容量是多少无关。

这种性能的验证可以使用可变AWGN噪声源完成。AWGN噪声能很好地近似某个设备看到的由于相邻终端设备中的其它小区/蜂窝引起的噪声。

本文小结

对无线宽带数据不断上升的需求推动着TD-LTE在全球的普及。在使用TD-LTE的情况下，可以根据网络的特定需求调整单个信道上的上行链路和下行链路传输时隙来修改带宽分配。这样可以帮助运营商提高LTE网络的利用率，但所用的协议对设备设计提出了独特的挑战，因为它要求上行链路和下行链路的路径是平衡的，以便正确模拟双向连接。

TD-LTE测试必须考虑测试设备的动态范围、相位和幅度平衡以及双向特性，以便建模包括波束成形在内的TD-LTE部署场景。为了确保对TD-LTE设备和系统进行完善的现实世界测试，可以精心挑选合适的信道模拟器。这些模拟器除了满足上述要求外，还要提供适当的自动化功能和信道模型，以便帮助桥接现场与实验室环境，在实验室中高效地再现现实世界条件。