LTE傳輸大幅提升 基站與終端產品驗證難度高
- DIGITIMES企劃
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LTE行動通訊技術不管是對傳輸效能、頻譜使用效率等各方面，均較3G或是更早的通訊技術表現更優異，但隨之而來的挑戰也是因應新技術而產生的各種基站設備、終端裝置的測試與驗證需求，僅有透過完善的驗證檢核，才能讓整體LTE技術方案的使用體驗加分…
隨著終端使用者對於行動通訊技術的要求越來越高，原有的3G無線通訊技術可能已無法滿足需求，而新一代的4G LTE無線傳輸技術，在網絡使用效能、頻段的傳輸速度提升等各方面大幅優化，不僅通訊技術變得夠為複雜，LTE使用頻段與高效傳輸要求下，也讓LTE技術方案的基站設備、終端裝置在產品驗證、測試的難度都變得較以往更高。
無線服務應用角度不同 產品實踐複雜度亦受影響
以無線應用技術角度檢視，若是針對雙向語音通話機制，為了達到較佳的雙向傳輸品質，採用相同傳輸量規範的上行？下行鏈路是可以達到較好的頻段使用效率、同時又能確保較佳的通訊品質，這對於傳輸資料型態可以說是採上？下行鏈路對稱的狀態進行整合，而以這種對稱形式使用頻段較適合採用頻分多工(Frequency-Division Duplexing；FDD)協議，而採用頻分多工特別適用於核心服務為語音應用型態的機制應用。
另一種無線通訊應用則以數據傳輸為主，尤其在無線寬頻應用方面，終端用戶取得網路服務的需求已經趨向上行？下行鏈路數據不對稱的狀態，因為多數寬頻行動應用中，消費者花在下行鏈路的資料下載量遠比上行資料上傳量要多更多，上？下行鏈路傳輸量不對等的狀態十分明顯，而用於數據傳輸的上？下行不對稱狀態若在配置對稱型的網路服務時，肯定會造成上行容量的浪費，甚至排擠到該頻段的其他應用配置，導致下行鏈路滿載、上行鏈路卻利用率顯得較低的資源配置不對稱問題。
TDD分時多工 可提供寬頻網路更具效率的接取服務
以寬頻應用為主的使用型態下，利用分時多工(Time Division Duplexing；TDD)協議，透過調整分配不同的上行？下行鏈路的傳輸頻寬，以更符合實用效能需求的資源分配達到網絡更高效的使用效能，透過簡單的使用模型分析彙整，就能獲得最佳化的上行？下行鏈路分配比例，電信服務商可以獲得較對稱鏈路效能更高的整體網絡表現，提高網路使用效率。
而現實的LTE使用環境，上行？下行鏈路是同時存在於可用的頻譜中，若同時基站與終端裝置還搭配MIMO(Multi-input Multi-output)協議擴展傳輸效能，也會導致同一時間空間頻譜的使用狀況更趨複雜，尤其是針對LTE基站或終端裝置進行功能性驗證時，也必須為設備提供有效的LTE環境部署，不僅測試裝備需要能支援雙向的測試情境模擬，也必須建構針對LTE實際應用所需的上行鏈路？下行鏈路環境，透過通道模擬設備可以在測試環境中模擬終端裝置或是基站設備所需的測試條件。
LTE設備驗證測試 技術複雜度高
即便是實驗室的模擬測試設備，已經可以有效建構真實使用條件的應用情境，但實際上在實驗室建構的測試條件仍有其不足，無法完整真實的LTE無線通訊應用情境，例如，在LTE設備經常使用到的OTA移動測試(drive test)在實驗室建置測試條件就相對困難，因為在真實的信號條件下，基站與終端設備建構的通信上行？下行鏈路，極容易受到天候變化、溫？溼度條件、或季節條件差異而產生影響，對傳輸品質與性能也會造成對應變化，若要真實重建測試條件不僅成本高，對應調整的參數如何對應也是一大問題，而在真實環境下的測試成本相對更高。
一般而言，為了縮小測試實驗室可能產生與實際狀況的結果差距，一般在測試平台都會搭配通道模擬器，利用通道模式與搭配可調校的測試參數，重複模擬真實環境建構的通道狀態，雖然透過模擬器建構的通信通道表現不見得能與真實條件100%相同，但也能達到於趨近於真實狀態的基本測試條件，尤其在建構可控制、可重複性的實驗環境條件，也能運用模擬環境驗證受測通訊設備的無線電天線性能與實際表現，藉此減少測試成本、提升測試效率，讓產品驗證可以在更短的時間週期內完成。
LTE使用新穎RF技術 增添測試驗證複雜度
另外，LTE通訊技術之所以能達到大幅提升傳輸效能與通道使用效率，基本上就是在其通訊技術使用更高的系統動態範圍與更精確的射頻調校技術，而在其無線電發射系統中搭配更先進的數位調變技術進而提高傳輸通道的容量，正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access；OFDMA)傳輸技術搭配MIMO多天線傳輸接收技術，可令LTE傳輸系統下獲得可擴展的傳輸量，輕鬆以無線傳輸技術實踐100Mbps高速傳輸的下行鏈路傳輸效能，同時提供超過50Mbps的上行鏈路傳輸輸效能。
但真實的環境要想達到OFDMA的技術傳輸條件並不容易，因為高階的數位調變技術需要以更高的動態範圍與線性表現，加上信號的雜訊比(Signal-to-noise ratio；SNR)要求高，在測試時也需有對應考量，例如在使用通道模擬器必須考慮影響輸入的功率的幾個關鍵因素，例如功率的範圍、峰值與SNR等，尤其是使用OFDM技術時，功率的範圍也需要注意，像是對應終端裝置可能的功率調整範圍，進行對應測試條件的設定，才能在模擬環境中取得較有參考價值的測試結果。
而在TD-LTE技術數據傳輸的使用情境，其實也為測試設備帶來更多挑戰，因為在FDD-LTE傳輸條件下在基站與上行？下行鏈路的設定基本上是一致的，測試條件相較TD-LTE更為單純許多，反而是TD-LTE測試條件與驗證就相對複雜許多。
善用模擬測試環境 加速LTE產品驗證程序
至於LTE設備較關鍵的部分，也在其波束成型技術的部署與實踐方面，利用將傳輸能量透過波束成型集中的效益，可以令傳輸距離更為延伸，同時也能力用較低的能量就能傳送特定的距離，而搭配波束成型可以減少干擾問題、同時亦可增加網路傳輸通道的使用效能，甚至提升整體系統的效能。
但實際的狀況是波束成型為運用演算法基礎，運用空中傳輸介面的通道變化、互換性等特性，為傳輸信號提供一最佳化的發送狀態，在測試環境中也必須利用通道模擬重現真實無線環境的相位變化、通道變化、多徑反射等特性，驗證由波束成型演算法調校的改善結果與性能增益狀態。
在新一代4G LTE無線傳輸技術下，在使用TD/FDD LTE的差異，不僅直接影響上行？下行鏈路的動態調校彈性、通道傳輸效能，也因為其通訊技術的差異導致基站與終端裝置實際驗證的難度增加，在實驗室環境或許無法透過模擬驗證所有真實環境與可能變化量，但實際上仍可透過通道模擬與大量環境參數盡可能接近真實環境提升驗證品質，透過雙向鏈路的模擬連接測試，實際確認產品的品質狀態。
而LTE測試由於技術層次更高，必須考量設備的動態範圍、振幅、相位與雙向傳輸特性，不僅測試複雜度更高，也必須導入更有效的輔助測試設備才能加速驗證與降低驗證成本。
