通往千兆LTE之路

王瑋

自從3GPP組織2009年發布第一個LTE版本Release 8以來，到目前LTE已經過將近10年的發展，經過3GPP Release 8～Release 14各個版本的性能的增強以及運營商的商用實現，LTE已經成為了歷史上最成功的商用移動通信系統。在2017年超過了GSM和WCDMA的用戶數量，目前已經服務過40億以上的用戶。

在LTE各個版本的發布過程中，每個版本都有一系列的新技術的引入以及之前特性的增強。例如載波聚合功能在Release 10引入，在之后的各個版本通過對終端速率等級的提升不斷增強。蜂窩物聯網相關的特性NB-IoT和eMTC在Release 13版本引入，提升了3GPP在蜂窩物聯網領域的市場競爭力。3GPP在Release 12 版本引入D2D通信納入到標準體系當中，將LTE的應用領域逐漸擴展到了車聯網領域。而上面提到三個技術方向，移動寬帶，物聯網和車聯網也正是未來5G技術的三大方向。在這三個方向之中，移動寬帶MBB一直都是技術上最活躍，商用上最早被實現的重要特性，從Release 10開始，逐漸提高LTE的吞吐率等級。今天我們主要來談一下LTE技術中的MBB技術的演進以及測試方案。

LTE的速率等級稱為category，定義在3GPP TS 36.306中， category早期由ue-Category表示， ue-Category對應一個下行吞吐量能力和一個上行吞吐量能力，例如Category 6的終端下行需要達到300Mbps的吞吐量，上行需要達到50Mbps的吞吐量。隨著技術的發展，上下行吞吐量的非對稱性變的越來越明顯 ，從Release 12開始，3GPP決定將上下行吞吐量的能力通過ue-CategoryDL，ue-CategoryUL分開表征。從Release 12 開始，LTE的吞吐量正式突破1000Mbps，目前領先的芯片供應商可以提供高達1Gbps，1.2Gbps，1.6Gbps等多個能力等級的芯片產品，而目前最新的3GPP Release 14版本規定了高達2Gbps的芯片實現方案。

LTE的不同吞吐率規定了LTE終端的最大吞吐率，在實際的實現中需要結合不同的關鍵技術來實現，例如下行高階調制（256QAM），下行多天線技術（4×4 MIMO），多載波聚合（up to 7CC），非授權頻譜接入（LAA），FDD-TDD聯合載波聚合（Joint CA）等技術來靈活匹配全世界各個運營商的不同需求。

上述的新技術給測試平臺的軟件和硬件都帶來了新的挑戰，例如多載波和多天線技術使得基站和終端在發射的過程當中使用多Layer發送，如果采用下行256QAM調制方式，每個layer可以產生約100Mbps的吞吐量，以LTE Category 18為例，下行并行發送12個layer，TTI峰值速率可以達到1.2Gbps，而在實際信號發送過程當中，每個layer需要使用一個射頻通路。這對儀表的射頻通道能力提出了很高的需求，在高等級LTE-A的場景當中，所有的測試儀器都需要調度多臺儀表來實現復雜的基帶計算能力以及射頻信號發送能力。LAA引入了FDD和TDD之外的新的幀結構，結合了LBT，CCA等關鍵技術使得載波聚合的輔載波可以運行在5GHz，提供了可以在非授權頻段進行載波聚合部署的方案。

除了射頻信號的傳輸能力以外，由于MBB終端的主要能力體現就是高速率應用，因此高速的IP層吞吐量是衡量終端能力的最重要的指標，但是隨著吞吐量的提升，在速率高于1Gbps，甚至高于600Mbps之后，就會有更多的因素來影響IP層的吞吐量，比如CPU的處理能力，對于Core的調用機制，散熱能力，數據線的傳輸瓶頸，儀器的發包能力，數據處理能力。

CMW通過不斷的硬件升級提供了更高的數字信號處理能力以支持4×4MIMO，LAA和高階上行 技術，支持更高的模擬信號帶寬滿足新技術的需求，如上行3CC技術，5GNR技術，更高的IP層傳輸帶寬則可以提供至少2Gbps的IP層數據傳輸能力來滿足目前LTE技術的信號傳輸。

方案靈活，可擴展性強：CMWflex可以通過靈活的改變CMWflex的配置去支持不同等級的LTE-A，在不測試復雜場景的時候，單獨的每臺CMW500都可以單獨使用，結合在一起可以支持目前業界最高端的芯片場景。

新技術更新迅速，針對多載波聚合：目前CMWflex已經可以支持最高8CC的載波聚合技術，可以支持LAA，FDD-TDD混合載波聚合。可以支持上行最高3CC載波聚合技術。

通用型強：單臺CMW500可以用于非蜂窩技術射頻，音頻，應用測試的場景。可以支持WLAN和BT的各個版本，提供豐富的方法進行射頻，音頻以及應用層測試。

通過使用CMWFlex測試1.2Gbps終端的吞吐量測試實例，我們可以看到待測終端為3個載波的載波聚合，每個載波采用下行256QAM調制，并且使用4×4 MIMO的多天線方案，其中每個載波下行可以提供390Mbps的物理層速率，三個載波可以實現1.17Gbps的物理層吞吐率，IP層通過FTP下載可以實現1.13Gbps的端到端的IP層吞吐率。

羅德與施瓦茨通過CMWflex平臺來實現LTE-A終端的射頻以及應用層的一致性測試，通過與業界領先的廠家進行預先聯合測試，已經成功完成了1Gbps，1.2Gbps，1.6Gbps的物理層以及應用層的吞吐量測試。為領先的芯片和終端廠商發布新功能提供了強大的分析手段和測試指導。