LTE系統(tǒng)核心技術(shù)剖析及eNodeB測(cè)試方案探討

　1? 引言

　　UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，有效提高了通話(huà)質(zhì)量和數(shù)據(jù)速率。然而，寬帶接入技術(shù)的出現(xiàn)及普及，Wi-Fi，WiMAX系統(tǒng)高數(shù)據(jù)速率的優(yōu)勢(shì)，對(duì)UMTS系統(tǒng)帶來(lái)很大的沖擊。這使得UMTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率不高、時(shí)延較長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足愈加明顯。因此，3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出的UMTS的長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃(LTE)，通過(guò)提供一個(gè)以高速率和低時(shí)延為特征的分組優(yōu)化系統(tǒng)來(lái)保證UMTS在未來(lái)10年的競(jìng)爭(zhēng)力和領(lǐng)先性。

　　為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，LTE系統(tǒng)相對(duì)于UMTS系統(tǒng)引進(jìn)了多項(xiàng)關(guān)鍵新技術(shù)，這使得LTE系統(tǒng)在物理層技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議架構(gòu)等方面都發(fā)生了相應(yīng)的改進(jìn)，并且核心網(wǎng)也需要相應(yīng)的升級(jí)來(lái)支持LTE系統(tǒng)。因此，LTE系統(tǒng)不僅是對(duì)UMTS系統(tǒng)的演進(jìn)。LTE系統(tǒng)中eNodeB設(shè)備的測(cè)試工作也具有更高的挑戰(zhàn)。測(cè)試作為移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)，位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，是整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)正常工作與維護(hù)的根本保證。因此，對(duì)eNodeB設(shè)備的測(cè)試方法及測(cè)試用例的研究勢(shì)在必行。

　　2? LTE系統(tǒng)的核心新技術(shù)

　　LTE是3GPP為適應(yīng)時(shí)代需求而提出的新的移動(dòng)寬帶接入標(biāo)準(zhǔn)，為此3GPP規(guī)定了LTE系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)并引入了多項(xiàng)核心新技術(shù)。

　　LTE系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與HSPA系統(tǒng)的對(duì)比參見(jiàn)表1。

表1? LTE系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

　　為了達(dá)到高數(shù)據(jù)速率和高頻譜利用率，LTE系統(tǒng)在上下行分別利用了SC-FDMA和OFDM調(diào)制技術(shù)。它們將整個(gè)系統(tǒng)帶寬分裂為大量子載波，并支持多種調(diào)制方式如QPSK，16QAM及64QAM。LTE系統(tǒng)同時(shí)指定了MIMO技術(shù)的不同模式，適應(yīng)于不同的信噪比條件。LTE工作頻率從700MHz到3GHz，信道帶寬從1.5MHz到20MHz，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供了靈活的頻帶配置方式。LTE系統(tǒng)引入的核心新技術(shù)總結(jié)如下：

　　2.1? OFDM/OFDMA

　　LTE中傳輸技術(shù)采用OFDM調(diào)制技術(shù)，其原理是將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率較低的若干個(gè)相互正交的子信道中進(jìn)行并行傳輸。由于每個(gè)子信道中的符號(hào)周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無(wú)線(xiàn)信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的影響。在OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔，使保護(hù)間隔大于無(wú)線(xiàn)信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，從而最大限度地消除由多徑引起的符號(hào)間干擾(ISI)。在LTE系統(tǒng)中采用循環(huán)前綴CP (Cyclic Prefix)作為保護(hù)間隔，CP的長(zhǎng)度決定了OFDM系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。長(zhǎng)CP利于克服多徑干擾，支持大范圍覆蓋，但系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸能力下降。3GPP定義了長(zhǎng)短兩套循環(huán)前綴方案，根據(jù)具體的使用場(chǎng)景進(jìn)行選擇；短CP方案為基本項(xiàng)，長(zhǎng)CP方案用于支持LTE系統(tǒng)中大范圍覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。

　　LTE規(guī)定了下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA的多址方案，這保證了使用不同頻譜資源用戶(hù)間的正交性。OFDMA中一個(gè)傳輸符號(hào)包括并行傳輸?shù)腗個(gè)正交的子載波，而在SC-FDMA機(jī)制中M個(gè)正交子載波以串行方式進(jìn)行傳輸，降低了信號(hào)較大的幅度波動(dòng)，降低了峰功比。此外，為了保證上行多用戶(hù)之間的正交性，要求各用戶(hù)的上行信號(hào)在CP長(zhǎng)度的誤差范圍之內(nèi)同時(shí)到達(dá)eNodeB，因此eNodeB需要根據(jù)用戶(hù)遠(yuǎn)近位置來(lái)調(diào)整各用戶(hù)的發(fā)射時(shí)間。

　　LTE系統(tǒng)對(duì)OFDM子載波的調(diào)度方式也更加靈活，具有集中式和分布式兩種，并靈活地在這兩種方式間相互轉(zhuǎn)化。上行除了采用這種調(diào)度機(jī)制之外，還可以采用競(jìng)爭(zhēng)(Contention)機(jī)制。

　　2.2? MIMO

　　MIMO技術(shù)是提高系統(tǒng)速率的主要手段，LTE系統(tǒng)分別支持適應(yīng)于宏小區(qū)、微小區(qū)、熱點(diǎn)等各種環(huán)境的MIMO技術(shù)。 基本的MIMO模型是下行2×2，上行1×2天線(xiàn)陣列，LTE發(fā)展后期會(huì)支持4×4的天線(xiàn)配置。目前，下行MIMO模式包括波束成行，發(fā)射分集和空間復(fù)用，這3種模式適用于不同的信噪比條件并可以相互轉(zhuǎn)化。波束成型和發(fā)射分集適用于信噪比條件不高的場(chǎng)景中，用于小區(qū)邊緣用戶(hù)有利于提高小區(qū)的覆蓋范圍；空間復(fù)用模式適用于信噪比較高的場(chǎng)景中，用于提高用戶(hù)的峰值速率。在空間復(fù)用模式中同時(shí)發(fā)射的碼流數(shù)量最大可達(dá)4；空間復(fù)用模式還包括SU-MIMO(單用戶(hù))和MU-MIMO(多用戶(hù))，兩種模式之間的切換由eNodeB決定。上行MIMO模式中根據(jù)是否需要eNodeB的反饋信息，分別設(shè)置開(kāi)環(huán)或閉環(huán)的傳輸模式。