载波聚合 — — 如何测试的关键推动者 LTE 先进

Meik Kottkamp，罗德与施瓦茨公司技术经理介绍背后 LTE 载波聚合的关键问题，并说明如何可以有效地测试

2013 年 3 月共 67 个国家的 156 LTE 网络被商业方式经营。LTE 已成为一种全球现象，但只有三年的真实生活部署技术仍处于发展初期相比 2 G/3 G 技术。

然而，事情在移动通信中，日新月异，因此并不奇怪，第一个 LTE 改进已经被讨论和商定在 3GPP 标准化。此外，技术组件指定在 3GPP 释放 10 — — 又名为 LTE 先进 (LTE-A) — — 获得行业广泛牵引。

在 LTE A 具有首要的功能是载波聚合 (CA)。在今年的移动世界大会在巴塞罗那也明显 CA，专门支持两个下行 (DL) 载波频率和一个上行 (UL) 载波频率，为重点。这篇文章简要介绍了载波聚合，然后测试基站和终端用户设备描述产生的影响。

载波聚合和 LTE 先进

LTE 先进中指定的 3GPP 释放 10 为了满足设定的国际电联 IMT 先进的要求。LTE A 基本上包括四个特点︰

• 增强的 MIMO 方案允许达 8 x 8 MIMO 下行链路中的和 4 × 4 MIMO 在上行链路中的操作。
• 增强的小区间干扰协调 (eICIC) 引进能力摆脱干扰在时间域，这一点在异构网络部署中尤其重要。
• 加强的 SC FDMA，上行链路传输方案，来提高其在最终用户设备收发器增加线性度要求的负担的上行链路容量的改善。
• 载波聚合，LTE A 以下更为详尽地解释允许最多五个组成部分带菌者达 20 mhz 的带宽达到总传输带宽高达 100 兆赫的聚合。然而，3GPP 的冉工作小组 4 (RAN4) 目前限制聚合到聚合带宽达到最大的两个组成部分带菌者的 40 MHz — — 仍然符合 Imt-advanced 要求。

为确保向下兼容，每个承运人被配置为 3GPP 释放 8 兼容。每个聚合的组件运营商可以使用不同的带宽。其实，一个人在 LTE 的六支持带宽︰ 1.4 MHz、 3 兆赫、 5 MHz、 10 MHz、 15 MHz 或 20 MHz。这是依赖于每个网络运营商的频谱可用性。3GPP RAN4 指定的星座与 5 MHz、 10 MHz、 15 MHz 和 20 MHz 的信道带宽。三个载波聚合方式是可能在 LTE 先进︰ 载流子连续和非连续以及间带载波聚合 (CA)。图 1 显示了不同模式的载波聚合。

图 1︰ 模式的载波聚合。

介绍了 CA 的原因之一是实现规定 Imt-advanced 的 1 Gbps 的数据速率要求。然而，是什么导致了执行 CA 是功能捡起并结合谱部分在运营商拥有的一般支离破碎的频率空间。间带载波聚合因此导致许多请求波段组合的全球网络运营商。CA 清楚地视为结合频率分配的最佳途径，因此经常称为频谱聚合。不过，运营商和同时接收的频带，以及总带宽的人数限制必须考虑。

最终用户设备将需要运行两个接收链，具有复杂性和功率消耗的影响。为此，初步实现将限于两个 DL 载体包括在总 20 MHz 的带宽 （例如 10 兆赫 + 10 兆赫或 5 兆赫 + 15 兆赫） 和只有一个 UL 载体。在第二步，总带宽增加到 40 MHz。

重要的是要了解载波聚合？
Release10 支持移动设备执行为 LTE 如释放 8 定义的通用访问程序︰ 细胞的搜索和选择、 系统信息采集和初始随机访问。所有这些程序是在下行和上行的主成分载体 (PCC) 上执行的。

其他运营商 — — 具体来说，二次元件航空公司 (SCC) — — 被视为额外传输资源。在系统信息块类型 2 （SIB 类型 2） 内，标志着 PCC 在下行和上行链路之间的基本联系。

图 2 R & S SMU200A 矢量信号发生器 GUI 配置包括跨载体调度 LTE-A CA 信号

LTE-用户设备将提交到网络用户设备 (UE) 能力过程中的附加信息。关于受支持的波段组合，射频参数 v1020 信息元素提供到网络这重要的细节。功能显示每个频率波段，分别为下行和上行链路信号。

此外，带宽类表示每个乐队在基础上，包括内部波段 （连续或非连续） 的支持和/或间带载波聚合。表 1 显示支持的带宽类定义的相关的 3GPP 规范的当前版本。一旦网络所知的载波聚合功能的设备，它可以添加、 修改或释放 SCCs 通过已得到增强的 RRCConnectionReconfiguration 消息与释放 10。

专门的信息 （即适用于特定的终端的信息） 包括激活和使用跨载体调度，这是一个可选的设备功能。跨载体调度使用链接到异构网络 (HetNet) 部署方案与载波聚合，它用来减少干扰。而不是在每个关联的组件载体上解码物理下行控制信道 (PDCCH)，该设备只是解码 PDCCH 在一个载体上，大概是 PCC，确定关联 SCCs 分配的资源。

这一点被通过扩展的下行链路控制信息 (DCI) 格式 （运载调度作业） 与载体指示器字段 (CIF)。跨载体调度被启用的无线电资源控制 (RRC) 信号。由于终端不再进行解码关联 （次要） 组件载体上的 PCFICH，它不知道多少 OFDM 符号开头每个子帧是控制数据。

此信息，称为 PDSCH 开始，设备必须在激活的跨载体调度过程中上示意，因此相关的信息元素的一部分。然而，与载波聚合的初始部署将利用资源的分配符合释放 8。这意味着终端会检查 PCC 以及所有激活 SCCs 为 PDCCH 解码关联的 DCI 格式和解调所分配的 PDSCH 资源。

从一个基站的角度，介绍 CA 的影响有限。LTE 基站部署今天已经传输多个运营商根据频谱提供给特定的运算符。2 x 2 MIMO 下行链路中的操作已经从一开始就要求权利和操作两个 TX 天线因此是标准的实施。

表 1︰ 载波聚合 (CA) 带宽类。

测试载波聚合

LTE 先进载波聚合是一种复杂和强大的技术增强。允许在载波聚合的方差增加移动设备的复杂性。接收多个频率与总体增加带宽需要大量的重新设计，在接收器链中。

主要增加的数据率能力需要在所有图层 （物理层、 协议栈和 E2E） 上进行测试。它还需要验证正确的最终用户行为的正确响应 RRC 消息。在基站，主要设计的挑战是在收发器前端，必须支持多个波段组合。这就要求高度灵活的交换机、 宽带功率放大器和可调谐天线元素使用。

基站测试

为了验证组件单端基站接收机测试的功能，一般用于信号发生器。理想情况下，该仪器结合了两个完整的信号发生器 — — 每个都有一节基带和射频上转换。如承运人聚集信号可以是异常复杂的直观的配置最重要。R & S SMU200A 矢量信号发生器提供一个用户界面，允许最多五个组件载体具有可变带宽的 20 兆赫 (图 2) 的配置。配置跨载体调度和 PDSCH 起始偏移量的二次元件载体也支持，除了代 awgn 信道下和在生成衰落的支持。

从射频角度来看每个单个组件载体是相同的 LTE 释放 8 承运人。因此，如邻，杂散发射和调制精度测量需要进行。广泛用于多个载波频率和多个标准无线电分析 (MSRA) 所提供的研发 S FSW 也。然而，测量时间对准误差 (TAE) 提出了额外的测试挑战。

LTE 基站天线端口信号帧并非完全一致，但必须履行一定的时间要求。图 3 中的测试设置显示如何能做到这些即使在复杂的场景，每个组件载体 (CC) 的四个 TX 天线使用时。在示例中，研发 S RTO 示波器用来捕获 I/Q 数据从八个发射天线。I / Q 数据然后按研发 S FS K10xPC LTE 的分析软件，提供有关 CC1 TAE TX1。

图 3︰ 设置测量 TAE 为载波聚合研发 S RTO 示波器和研发 S FS K102PC LTE 的分析软件。

最终用户设备测试

测试支持载波聚合的最终用户设备重点放在应付最终增加的并行地通过两个接收链现在收到的数据量的能力。测试了所有相关的图层上进行。

在物理层，混合自动重传请求 (HARQ) 过程是由计数 ACK/小物件从下测试设备加以核实。至关重要的是，允许方便地配置不同的波段组合，适用不同的调制和编码方案和 （或） 绝对功率水平会发生变化。

承运人聚集信号影响只有某些层协议栈。例如，该设备通过其 PCC 的在职小学单元格 (PCell) 永久连接。由 PCell 提供非接入层 (NAS) 的功能，如安全密钥交换和流动信息。所有二次元件载体或二次电池 (SCell)，被认为额外传输资源。分组数据汇聚协议 (PDCP) 和无线链路控制 (RLC) 层，承运人聚集信号是透明的。

从载波聚合所造成的主要测试影响被有关 RRC 层。RRC 层来处理二次元件运营商提供的二次电池配置终端。此外，RRC SCell(s) 的参数设置，即配置。介质访问控制 (MAC) 层是他们是激活或停用由 MAC 控制元素的聚合的组件载体的多路复用实体。

如果激活是 n 的子帧，然后八子框架 (8 ms) 后来在资源可用到设备以及它可以检查调度作业。图 4 显示了控制平面信号，突出层参与激活载波聚合为一个特定的手机。回到 RRC 层 RRCConnection 重构消息的扩展，可以激活最多四个二次电池。

图 4︰ 信号，载波聚合涉及协议层 （控制平面）。

每个单元格，其物理细胞身份、 显式下行载波频率作为绝对射频信道号 （），以及公共和专用信息被发送。通用和专用信息，转让的信息被分开下行和上行。共同信息 （即适用于所有设备将添加这一载体的信息） 包括其带宽、 PHICH 和 PDSCH 配置和 TD-LTE，UL DL 配置和特殊子帧配置。同样，上行载波，频率和带宽信息，标志着权力与控制相关的信息和上行通道配置 （PRACH，上行）。

最后但并非最不重要，数据传输率性能还需要验证在应用层，E2E 服务使用的底层 LTE-A CA 功能时。

图 5a 和 5b︰ 研发 S CMW500 配置 LTE CA 信号并执行物理层吞吐率测量值。

测试这些功能需要一套全面的测试方案最好由 T & M 公司提供广泛的经验。R & S CMW500 宽带无线电通信测试仪提供上文所述的所有功能。作为射频报警电话盒测试人员使用测试设备允许物理层吞吐量测试 (图 5)。大量的实例的载波聚合 LLAPI / 多种方案可供选择以验证完整协议堆栈实现的最终用户设备 (图 6)。E2E 应用程序层测试是使用数据应用单元 (DAU) 集成在研发 S CMW500 可以提供的。

图 6: RRCConnectionReconfiguration 消息添加 SSC 的协议栈测试执行对研发 S CMW500

2013 年 3 月全球认证论坛 (GCF) 开始着手 LTE A CA 功能的设备认证相关测试用例。待确定的工作，包括射频、 RRM 以及协议测试用例。尽管细节仍然待定，罗德与施瓦茨公司已经实施了第一个测试用例基于 3GPP RAN5 规格及其研发 S TS8980 测试系统。由于技术的日益复杂，主要的经营者已指定自己基于模拟器的互操作性测试 （物联网） 要求为手机在实验室中测试。基于实验室的物联网设备测试的焦点已转向从纯一致性定义的最低性能。这允许灵活、 快速的交付的测试解决方案适合引进新技术，如载波聚合;但是，个别投资和资源是必需的。一致性 (例如 GCF)、 运营商物联网和实地测试是相辅相成的。他们需要平衡取决于运营商的要求和自己的具体的商业模式。由于在该行业的经验，罗德与施瓦茨公司可以帮助运营商打造自己物联网测试方案，并成功地将其投入使用。

摘要

载波聚合是 LTE 先进来达到峰值数据速率的 IMT 先进要求的关键。它高度所需的网络运营商，因为它使得谱片段聚合以及提供频谱危机的出路。

主要设计的挑战是终端侧。更高的带宽和聚合载体在不同频段的支持大大增加收发器电路的复杂性，包括组件，例如宽带功率放大器、 高效率的开关和可调谐天线单元的设计。

必须彻底测试向 PHY/MAC 层和适应 RRC 层提供的附加功能。作为无线行业测试与测量解决方案优质供应商，罗德与施瓦茨公司已经提供了今天一个综合测试组合，以指导设计工程师通过这些挑战。

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