【導讀】目前，在3G之后，各種通信技術將如何演進是業(yè)界非常關注的一個焦點，特別是對于TD-SCDMA來說，能否實現(xiàn)向下一代通信技術的平滑演進，決定了TD究竟具有多長時間的生命力，以及我國的自主創(chuàng)新戰(zhàn)略究竟能走多遠。
2007年11月，3GPPRAN151會議通過了27家公司聯(lián)署的LTETDD融合幀結構的建議，統(tǒng)一了LTE TDD的兩種幀結構。融合后的LTE TDD幀結構是以TD-SCDMA的幀結構為基礎的，這就為TD-SCDMA成功演進到LTE乃至4G標準奠定了基礎。
TDD-LTE技術特點
LTE系統(tǒng)支持FDD和TDD兩種雙工方式。在這兩種雙工方式下，系統(tǒng)的大部分設計，尤其是高層協(xié)議方面是一致的。另一方面，在系統(tǒng)底層設計，尤其是物理層的設計上，由于FDD和TDD兩種雙工方式在物理特性上所固有的不同，LTE系統(tǒng)為TDD的工作方式進行了一系列專門的設計，這些設計在一定程度上參考和繼承了TD-SCDMA的設計思想，下面我們對這些設計進行簡要的描述與討論。
無線幀結構
因為TDD采用時間來區(qū)分上、下行，資源在時間上是不連續(xù)的，需要保護時間間隔來避免上下行之間的收發(fā)干擾，所以LTE分別為FDD和TDD設計了各自的幀結構，即Type1和Type2，其中Type1用于FDD，而Type2用于TDD。
在FDD Type1中，10ms的無線幀分為10個長度為1ms的子幀，每個子幀由兩個長度為0.5ms的slot組成。 在TDD Type2中，10ms的無線幀由兩個長度為5ms的半幀組成，每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成，其中有4個普通的子幀和1個特殊子幀。普通子幀由兩個0.5ms的slot組成，特殊子幀由3個特殊時隙（UpPTS，GP和DwPTS）組成。
在LTE中TDD與FDD幀結構最顯著的區(qū)別在于：在TDDType2幀結構中存在1ms的特殊子幀，該子幀由三個特殊時隙組成：DwPTS，GP和UpPTS，其含義和功能與TD-SCDMA系統(tǒng)相類似，其中DwPTS始終用于下行發(fā)送，UpPTS始終用于上行發(fā)送，而GP作為TDD中下行至上行轉換的保護時間間隔。，三個特殊時隙的總長度固定為1ms，而其各自的長度可以根據網絡的實際需要進行配置。
上下行的時間分配
TDD另外一個顯著區(qū)別于FDD的物理特征是，F(xiàn)DD依靠頻率區(qū)分上下行，因此其單方向的資源在時間上是連續(xù)的；而TDD依靠時間來區(qū)分上下行，所以其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配。
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下圖是LTE TDD中支持的7種不同的上、下行時間配比，從將大部分資源分配給下行的“9:1”到上行占用資源較多的“2:3”，在實際使用時，網絡可以根據業(yè)務量的特性靈活的選擇配置。這樣，在資源組成上TDD與FDD所固有的不同，成為了LTE中另一部分為TDD所進行的專門設計的原因。這一部分設計主要包括“物理層HARQ的相關機制”，以及“采用頻分的隨機接入信道”。
允許同一時間上存在多個隨機接入信道（頻分）是TDD上下行時分的結構形成的又一設計結果。在LTEFDD的設計中，同一時刻只允許一個隨機接入信道的存在，即僅在時間域上改變隨機接入信道的數量。而在TDD中，時間資源已經在上下行進行了分配，同時由于不同的上下行配比的存在，可能存在上行子幀數目很少的情況（如DL:UL=9:1），因此在TDD中需要支持頻分的隨機接入信道，即在同一時間位置上采用不同頻率的區(qū)分提供多個隨機接入信道，以為系統(tǒng)提供足夠的隨機接入的容量。
在FDD的情況下，上、下行的資源在單方向上都是連續(xù)的，而且子幀數目相等。因此，以下行為例，在進行物理層的HARQ時，下行數據與上行的ACK/NAK之間可以建立一對一的對應關系。與此不同的是，在TDD的情況下，單方向的資源不是連續(xù)的，因此可能無法獲得對應的時間上的資源。另外，上下行配比的設置可能使得上下行的子幀數目不相等，因此無法建立一一對應的關系，所以這些都需要進行針對性的設計。在LTETDD，為了解決以上問題，引入了MultipleACK/NAK的概念，即使用一個ACK/NAK完成對前續(xù)若干個下行數據的反饋，這樣就解決了上下行時隙不對稱帶來的反饋問題。在另一個方面，同時還減小了數據的傳輸時延，數據無需再等待到下一個上行時隙以進行反饋了。當然，該方案可能引起的不必要的過多重傳也需要引起注意。
同步信道
同步信道是另一項體現(xiàn)不同雙工方式的設計。LTE中用于小區(qū)搜索的同步信道包括“主同步信號”和“輔同步信號”。在兩種幀結構中，同步信號具有不同的位置：在FDDType1中兩個同步信號連接在一起，位于子幀0和5的中間位置；而TDDType2中，輔同步信號位于子幀0的末尾，主同步信號位于特殊子幀，即DwPTS的第三個符號。在兩種幀結構中，同步信號在無線幀中的絕對位置不相同，更為重要的是，主、輔同步信號的相對位置不同：在FDD中兩個信號連接在一起，而在TDD中兩個信號之間有兩個符號的時間間隔。由于同步信號是終端進行小區(qū)搜索時最先檢測的信號，這樣不同的相對位置的設計使得終端在接入網絡的最開始階段就可以檢測出網絡的雙工方式，即FDD或者TDD。
隨機接入前導
隨機接入前導（Random Access preamble）的設計是LTE對TDD的另一項特殊設計。在LTE中，隨機接入序列采用如下圖所示的5種隨機接入序列格式。其中最后一種隨機接入序列格式是TDD所特有的，由于其長度明顯短于其它的4種格式，因此又稱為“短RACH”。采用短RACH的原因也是與TDD關于特殊時隙的設計相關的，如同圖中所描述的，短RACH在特殊時隙的最后部分（即UpPTS）進行發(fā)送，這樣利用這一部分的資源完成上行隨機接入的操作，避免占用正常子幀的資源。采用短RACH時，需要注意的一個主要問題是其鏈路預算所能夠支持的覆蓋半徑，由于其長度要大大的小于其它格式的RACH序列，因此其鏈路預算相對較低，相應的適用于覆蓋半徑較小的場景（根據網絡環(huán)境的不同，約700m～2km）。
R&S LTE TDD測試方案
3GPP LTE和之前的系統(tǒng)在空中接口上存在很大的不同，所以對于測試就提出了新的要求?；谠?G測試領域的豐富經驗和領先地位，Rohde & Schwarz 對于UMTS LTE從早期的研發(fā)階段就開始跟蹤研究，積累了豐富的經驗成果，目前不僅可以為LTE FDD，而且也可以為LTE TDD無線設備研發(fā)提供了完整的測試產品線。這些產品包括功率計，頻譜分析儀，信號源，無線綜測儀，協(xié)議測試儀和射頻一致性測試系統(tǒng)。設備制造商自始自終都可以依賴于Rohde& Schwarz 公司的產品和專家級的支持。Rohde& Schwarz 全球的支持網絡擁有經過專業(yè)培訓的應用工程師，從而可以提供全方位的客戶支持。
由于3GPP LTE標準的發(fā)展還未最終完成， R & S公司在開發(fā)LTE選件時保持了高度的靈活性，軟件會定期更新，確保測試儀表依據的標準和最新發(fā)展保持一致，使它們滿足3GPP LTE 未來開發(fā)的要求。下面針對在LTE早期的研發(fā)中一些重要的測試項目進行介紹：
如何靈活地對LTE射頻和基帶信號進行模擬產生和分析，
如何對不同的MIMO模式進行進行測試，
如何在協(xié)議棧開發(fā)的早期就進行測試，使之符合一致性的要求。
LTE信號產生
LTE的測試首先需要模擬LTE射頻信號，并且研究其統(tǒng)計特性。對于LTE下行，研究人員可以從WiMAX和WLAN等技術中參考得到OFDMA的射頻特性。但是對于上行，LTE上行使用的SC-FDMA技術在其他標準中并沒有使用。因此上行信號特性需要進行特別的研究。LTE信號模擬中的一些通常設置包括頻率、帶寬、LTE信號包含資源塊的數目、天線配置、參考信號序列配置、下行同步信道配置、循環(huán)前綴長度、用戶數據和調制方式的分配和L1/L2控制信道的配置的等參數。
選件R&S SMx-K55用于R & S公司的信號源，諸如R&S SMU200A, R&S SMJ100A 和 R&S SMATE200A就可以按照TS36.211標準規(guī)定產生LTE FDD 和 LTE TDD 上下行射頻信號，用于元器件性能測試以及基站和移動終端的接收機測試。下圖顯示了LTE TDD信號的設置以及圖形顯示資源分配圖。
此外R&S還提供了高性能的雙通道基帶信號源AMU200A以及AFQ100A，加上AMU-K55或者AFQ-K255選件后，就可以模擬LTE的基帶信號，用于LTE研發(fā)早期基帶信號的模擬。而通過一款R&S提供的EX-IQ-BOX，用戶可以產生適應自己需要的數字基帶信號格式。
這些儀表及其選件可提供信道編碼，多達四路發(fā)射天線的 MIMO 預編碼以及2x2 MIMO 的實時衰落模擬等功能。該軟件選件直接安裝在儀器上，給用戶提供了多種配置的可能性，用戶不僅可調用預先定義好的測試場景，快速的進行測試設置；而且還可以按照自己的需要靈活設置各種參數進行定制測試：例如參考符號，控制信道，同步信道及數據信道的參數，此外，也可獨立配置各個子幀。
目前R&S的LTE信號模擬方案完全符合3GPP V8.40標準，包括PRACH、探測參考信號、上行鏈路的PUCCH編碼，下行鏈路的PHICH和PCFICH編碼，同時包含36.141標準規(guī)定的E-Test模型信道。
LTE信號分析
其次在LTE信號的射頻分析方面，由于LTE信號采用了新的接入方式OFDMA，信號帶寬最高可達20MHZ，這些對于信號的頻域分析和調制域分析都提出了更高的要求。R&S FSQ 和 R&S FSG 信號分析儀能分析3GPP LTE 基站或者移動電話的發(fā)射機模塊。信號分析選件 R&S FSQ-K101 和R&S FSQ-K105支持LTE FDD和TDD射頻調制信號的測量，并以圖形或表格顯示結果：諸如 EVM、頻率誤差、頻譜平坦度、I/Q 偏移、眼圖、星座圖及群時延等測量結果。選件 R&S FSQ-K100和R&S FSQ-K104可用于分析 3GPP LTE下行信號， 跟上行信號選件類似，該選件能在頻域，時域及調制域對標準規(guī)定的所有信道帶寬的3GPP LTE FDD和TDD信號進行測量。
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如需測量LTE基帶信號，不管是平衡還是非平衡的，都可使用R&S FSQ 的模擬(R&S FSQ-B71)和數字 (R&S FSQ-B17) 基帶輸入選件來完成。同時R&S也提供了一款EX-IQ-BOX可以適應用戶自己的數字基帶格式，通過和FSQ上的B17接口一起使用，可以分析LTE數字基帶信號。
此外如果想對OFDM信號進行分析的話，R&S在高端信號分析儀FSQ上開發(fā)了FSQ-K96選件，這可以滿足LTE早期研發(fā)和對任意OFDM信號進行分析的需求。
LTE MIMO測試
R&S公司的射頻信號發(fā)生器SMU200A，或基帶信號發(fā)生器AMU200A，都可以使用單臺儀表進行MIMO接收機測試。這兩款信號發(fā)生器都配置兩個信號源，加裝R&S SMU-K74或者AMU-K74選件后，就可以實時模擬2×2MIMO系統(tǒng)所需的4個衰落信道，從而對2×2 的MIMO接收機進行測試。這兩款儀表解決方案都支持ITU 為3GPP LTE 定義的、包含衰落路徑之間的相關特性的各種衰落模式。
通過把兩臺或四臺R&S的信號分析儀FSQ或FSG連接起來，R&S可以提供2x2和4x4的MIMO信號分析，此時只需在一臺主控FSQ/G上配置K100（或者K104）和K102選件，就可以支持LTE FDD和LTE TDD中的三種MIMO模式：發(fā)射分集，空間復用和循環(huán)延遲分集。
LTE 協(xié)議測試
LTE協(xié)議棧的測試用來驗證一些信令功能，例如呼叫建立和釋放，呼叫重配置，狀態(tài)處理和移動性等。和2G，3G系統(tǒng)的互操作性測試是對LTE的另外一個需求。此外為了保證終端的協(xié)議棧和應用可以處理高數據率的數據，需要測試驗證終端吞吐量的要求。在LTE實現(xiàn)的早期，研發(fā)部門需要包含各個參數配置的多種測試場景來進行LTE協(xié)議棧的測試。此外LTE物理層具有很多重要功能，這包括小區(qū)搜索、HARQ協(xié)議、調度安排、鏈路自適應、上行時間控制和功率控制等。而且這些過程有著很嚴格的定時要求。因此也需要對物理層進行完全測試來保證LTE的性能。
基于Rohde & Schwarz 在UMTS LTE協(xié)議棧測試領域的領先地位，R&S 推出了LTE協(xié)議測試儀CMW500，它的功能強大的硬件方案可以提供的頻率高達6GHz，帶寬為40MHz。它不僅可以用于一致性測試，性能測試和互操作測試，而且還把它的優(yōu)點擴展到產品生命周期的后續(xù)階段，從而可以給芯片和無線設備制造商在UMTS LTE 協(xié)議一致性研發(fā)的各個階段中帶來多重好處。而且它還有一個可供選擇的用于PC機上的軟件方案，可以支持個人開發(fā)者在早期就進行協(xié)議開發(fā)的工作，從而有效降低UMTS LTE 無線設備整個研發(fā)過程中的成本。所以使用CMW500可以并行進行軟件和硬件的協(xié)同開發(fā)、測試和優(yōu)化，從而加快產品的上市時間。
通過在CMW500上配置CMW-KP500 MLAPI和CMW-KP501 LLAPI，R&S提供了協(xié)議棧測試所需的底層和高層兩種不同編程接口，這樣開發(fā)者在早期就可以對協(xié)議棧進行靈活測試，而且這樣的測試是和后期的一致性測試完全兼容的，可以節(jié)省后期測試的時間和成本。
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