如何測試LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)中的載波聚合
針對LTE-Advanced，3GPP Release 10推出了幾項新功能來增強現(xiàn)有LTE標(biāo)準(zhǔn)，這些功能旨在將峰值下行鏈路數(shù)據(jù)速率提升到1Gbps以上，同時減小延時、提高頻譜效率。此外，還設(shè)定了達(dá)到最大可能的小區(qū)邊緣用戶吞吐量目標(biāo)。
如果要達(dá)到高數(shù)據(jù)速率目標(biāo)，LTE-Advanced要求信道帶寬比LTE目前規(guī)定的20MHz寬得多,僅靠大多數(shù)運營商可用的有限頻段內(nèi)的單個載波是不可能實現(xiàn)的。因此，載波聚合將是滿足更寬有效帶寬(通常高達(dá)100MHz)的一個關(guān)鍵措施。這意味著需要將由連續(xù)或非連續(xù)頻譜組成的多個載波累加起來實現(xiàn)這些更寬的信道帶寬，進而實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率。
要想在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)載波聚合，運營商和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商需要在實際移動終端設(shè)備推出之前就能用上具有載波聚合功能的測試移動終端。
向LTE-Advanced的演變
針對LTE-Advanced的3GPP計劃宗旨是在國際電信聯(lián)盟射頻通信部門規(guī)定的時限內(nèi)滿足或超過IMT-Advanced要求。IMT-Advanced的關(guān)鍵目標(biāo)是：100MHz帶寬，1Gbps下行鏈路數(shù)據(jù)速率，500Mbps上行鏈路數(shù)據(jù)速率，下行和上行分別采用8x8 MIMO和4x4 MIMO。C平面延時最大值為50ms，U層延時小于或等于5ms。表1將這些目標(biāo)與LTE Release 8和LTE-Advanced的指標(biāo)進行了比較。
表1：3GPP LTE-Advanced指標(biāo)與LTE Release 8及IMT-Advanced目標(biāo)的比較。
LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)將提供比Release 8 LTE更高的平均頻譜效率和小區(qū)邊緣用戶吞吐量，并且由于新分配的頻段而具有更大的頻譜靈活性。自組織組網(wǎng)和部署將成為LTE-A的主要部分，因為網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性使得人工優(yōu)化難以實施。值得注意的是，在干預(yù)期內(nèi)從LTE(Release 8)到LTE-A將是一種平滑而且低成本的過渡。
另外，LTE-A需要與LTE共存，在基礎(chǔ)設(shè)施方面將是一個漸進式的發(fā)展，終端也會逐步做出更新。功能同樣需要是可擴展的
帶寬
由于頻譜已經(jīng)非常擁擠，因此管理機構(gòu)很難在連續(xù)頻譜部分分配出100MHz帶寬。同樣，已經(jīng)分配給LTE的大部分頻段(見表2(a)和(b))本身也不夠?qū)挼教峁㎜TE-A規(guī)定的100MHz帶寬。還有一個與傳統(tǒng)系統(tǒng)有關(guān)的問題，即有些帶寬已經(jīng)被先于LTE Release 8發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)所占用。因此有必要以眾多規(guī)范方式中的一種將可用頻段組合起來，這就是眾所周知的載波聚合技術(shù)。
載波聚合是為了取得更寬帶寬傳輸而進行靈活頻譜分配的一種手段。高達(dá)100MHz的完整系統(tǒng)帶寬可能由兩個到5個被稱為成員載波(CC)的基本頻率塊組成。至少一些成員載波后向兼容Release 8 LTE，而聚合后的帶寬可能由來自相同頻段的成員載波(帶內(nèi)載波聚合)或來自不同頻段的成員載波(帶外載波聚合)組成。LTE-A的帶內(nèi)載波聚合支持連續(xù)和非連續(xù)頻譜。圖1給出了一些例子。
對于頻分復(fù)用(FDD)來說，上下行鏈路可能支持不對稱帶寬。對稱工作的定義是下行鏈路和上行鏈路具有相同數(shù)量的成員載波，而不對稱工作時下行鏈路的成員載波數(shù)量要比上行鏈路多。在時分復(fù)用(TDD)中，上行鏈路和下行鏈路總是對稱的，因為它們共享相同的載波。進一步的考慮在于帶內(nèi)對稱性，如圖2所示，這與聚合后的載波是否在聚合帶寬上形成鏡像有關(guān)。
對于LTE-A(3GPP Release 10)來說，載波聚合被認(rèn)為在頻段內(nèi)是對稱的，除非另有說明。對稱的優(yōu)勢在于，零中頻接收機能夠避免在直流點出現(xiàn)數(shù)據(jù)資源單元(RE)的重疊。
3GPP為LTE-A的初始調(diào)查規(guī)定了許多載波聚合情景，其架構(gòu)使用多達(dá)3個收發(fā)器鏈，并能工作在300MHz至6GHz范圍內(nèi)的任何頻率。這給eNodeB和用戶設(shè)備(UE)帶來了一些很大的設(shè)計問題。未來所有5個成員載波將被允許是非連續(xù)的，如圖3所示，這將進一步增加收發(fā)器鏈的數(shù)量。
圖3：5個非連續(xù)的成員載波
一對成員載波被稱為服務(wù)小區(qū)。其中一個服務(wù)小區(qū)被指定為主小區(qū)，另一個被稱為次小區(qū)。主小區(qū)是最重要的，管理著載波聚合配置。次小區(qū)中不允許RACH過程。在配置小區(qū)時，小區(qū)會被分配一個‘服務(wù)小區(qū)索引值’，這個值代表了小區(qū)的相對重要性——服務(wù)小區(qū)索引值越小，這個服務(wù)小區(qū)就越重要。主小區(qū)的服務(wù)小區(qū)索引值總是為零。
載波聚合的多功能性使得網(wǎng)絡(luò)部署變得更加容易，因為第二個成員載波既可以用來將數(shù)據(jù)速率提升至接近eNodeB，以消除小區(qū)邊緣的弱覆蓋率，也可以用來服務(wù)峰值速率非常重要的熱點區(qū)域。圖4顯示了這些應(yīng)用的各種例子，這些例子在3GPP的可靠性研究中都有明確。還有兩種應(yīng)用情景(圖中沒有顯示)將遠(yuǎn)程無線電頭端(RRH)用于非共存小區(qū)，這種小區(qū)將在Release 11中得到支持。
圖4(上面)展示了許多可能的LTE-Advanced載波聚合應(yīng)用情景中的三種，其中每種情景下的頻率f1都是用灰色顯示，f2用藍(lán)色顯示：(a)f1用于提高覆蓋率，f2用于提升數(shù)據(jù)速率(f2>f1)；(b)兩種頻率都能用來提高小區(qū)吞吐量；(c)f1提供宏覆蓋，f2用于提升熱點的吞吐量
為了正確測試LTE-Advanced，測試系統(tǒng)需要支持許多網(wǎng)絡(luò)測試與驗證功能，包括支持載波聚合測試。例如在2011年全球移動大會上，Aeroflex TM500測試移動終端就被用于LTE載波聚合的早期演示，它將800MHz和2.6GHz頻譜組合在了一起。這樣能夠形成一條LTE數(shù)據(jù)“管道”，這條管道不僅組合了兩個頻段的容量，而且最大程度地發(fā)揮了較低頻段卓越傳播能力的優(yōu)勢。3G版的TM500已經(jīng)提供了一種載波聚合，它利用了雙載波HSDPA(DC-HSDPA)的可用性。這種功能現(xiàn)在已做到了產(chǎn)品化的TM500 LTE測試移動終端上，可用于測試LTE基站或eNodeB。
好的LTE測試系統(tǒng)還需要能夠創(chuàng)建和執(zhí)行腳本以便在測試移動終端支持的各種模式下執(zhí)行測試，而這些腳本還可以存儲起來供日后使用。這種功能包含了在測試場景運行時進行數(shù)據(jù)記錄的需求，對測試結(jié)果的后續(xù)分析需求，以及用于分析的可定制工具和圖表。
比如TMA，它提供了能夠針對用戶要求剪裁的工作環(huán)境。圖5(a)顯示了能夠瀏覽和監(jiān)視載波聚合吞吐量的窗口，圖5(b)顯示了聚合的小區(qū)概覽，包括信道和聚合后的數(shù)據(jù)吞吐量數(shù)據(jù)。
連續(xù)和非連續(xù)頻段的載波聚合已經(jīng)被確認(rèn)為是向LTE-Advanced演進過程中最重要的方法之一，同時也被認(rèn)識到將給用戶設(shè)備和eNodeB的設(shè)計帶來艱巨的挑戰(zhàn)。蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商在推出真正的終端和手機之前需要一種可靠的測試移動終端來測試他們的網(wǎng)絡(luò)，而對用來推動LTE-Advanced的eNodeB開發(fā)來說，在這個早期階段向他們提供載波聚合能力被證明是非常必要的。
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