第三代行动电话系统（3G）早已布建于世界各地，而其主流技术W-CDMA，可在下行与上行链路中支援高速封包接取（HSPA）功能，因此短期内仍将在无线通讯领域维持主导地位。目前，行动基地台最高的资料传输速率约为7.2Mbps，而每位用户的资料传输速率预估可达1.5Mbps。为了持续保持竞争力，第三代行动电话伙伴计画（3GPP）在3GPP UMTS第8版规范中，首次明订了长期演进技术（Long Term Evolution；LTE）的规格，以因应未来10年内行动宽频技术的新需求。将来LTE系统正式运作后，其资料传输速率将可超过300Mbps。

目前针对LTE进行的规范工作，主要集中于分频双工（Frequency Division Duplex；LTE FDD）的版本制订。而以分时双工（TDD）为基础的中国TD SCDMA标准，已整合入3GPP的LTE规范当中，有助于晶片组与装置研发工程师可将TDD功能纳入开发计划。中国目前正在推动的TD-LTE标准，则可进一步让电信业者充分利用既有的非成对频谱（unpaired spectrum）。

TD-LTE量测浮上台面

相较于之前的标准，例如GSM/EDGE与W-CDMA，LTE只花极短时间就从第一代标准文件，演进到商业营运版本。而TD-LTE因近期才纳入标准中，所以商业版演进时间更短。 LTE规范的最大射频（RF）频宽为20MHz，使得手机与资料网卡的设计流程图必须跟着改变，并因而出现了标准连结。此外，设计工程师须密集使用由软体定义无线（Software Defined Radios）的功能，以确保多重格式（multi-format）装置能与传统系统相容。未来，设计工程师还须使用崭新的量测工具与方法，来执行更多类比／数位跨域量测，以及数位输入、射频输出（digital-in, RF-out）量测，进一步设计新产品。

TD-LTE技术规格大要

TD-LTE的运作频率范围为1850至2620MHz，并使用和FDD一样的的多重输入／多重输出（MIMO）模型，以及上行和下行链路调变格式。亦即，下行链路使用正交分频多重接取（OFDMA），而上行链路使用单一载波分频多重接取（SC-FDMA）调变格式。 TD-LTE支援两种讯框配置，总长度均为10ms，并细分成10个子讯框，如图一所示。

其中10ms讯框配置只有一个子讯框，而5ms的版本配置了两个特殊的同步子讯框，可更弹性地调整上行与下行传输。如此一来，业者可根据即时的资料传输需求，动态地将讯框配置，变更为任何一种预设的配置。

《图一　TD-LTE讯框配置示意图》

规定讯框系统时序

每一个1ms的下行链路子讯框，均内含指派给不同用户的区块（资源区块），上行链路子讯框则包含从用户端传送到基地台（eNB）的区块。 TD-LTE规定，小型资料封包的时延（从请求资讯到回覆的时间）为5ms，亦即讯框的一半时间。因此系统的时序很重要，包含补偿基地台距离的时间差。目前的TD-LTE系统是专为低速行动用户而设计的，在静止或徒步时，可支援最高的传输速率。不过TD-LTE的最终目标是，为移动速度达时速500公里的用户，提供高速通讯服务。

规范RF通道规格与量测方法

TD-LTE标准亦规范了1.4、3、5、10、15和20MHz、亦即与可弹性调整频宽的LTE FDD相同的RF通道规格和量测方法。 TD-LTE所定义的测试方法与项目，大多仅适用于使用单一发送与接收元件的单一码型资料。适用于多码型与MIMO配置的规格，目前仍在研议中。

TD-LTE技术初期的量测目标是，确保其发送与接收不会受到耗损影响。因此，业者需执行上行与下行链路的发射遮罩测试、最大与最小功率、功率控制、相邻通道泄漏与寄生发射（spurious emissions）等主要测试项目，以尽可能降低干扰。图二为发射开关遮罩的测试范例。

《图二　发射信号遮罩测试范例示意图》

TD-LTE量测重点

根据调变复杂度调整发射品质验证

以下的量测项目，着重于发射品质的验证，主要测试指标为错误向量大小（EVM）。以OFDM的下行链路为例，必须在时域中一个子讯框（1ms），以及频域中12个子载波（180kHz）之上执行测量。它还根据调变的复杂程度来设定限制：调变格式愈高，规范限制就越严格。对于用户端设备所发射的SC-FDMA上行链路径而言，已分配和未分配的资源区块是决定发射品质的要件，因此须分别测量用户端所发射之频道，以及其他尚未发射之频道内的频谱。此外，已分配的资源区块须量测EVM与频谱平坦度，而未分配的资源区块则须量测会干扰信号，造成网路效能下滑的频内泄漏与IQ偏移（载波泄漏）。

《图三　显示上行链路效能资料的VSA画面》

测试接收器RF品质

在测试接收器RF品质时，一开始须使用一般呼叫协定来执行基本测试项目，包含：参考灵敏度、动态范围、通道内选择性、邻频选择性阻断，以及寄生发射，直到用户端设备能连接到讯务通道为止。 TD-LTE规定区块错误率（BLER）不得超过目标值，并须维持讯务流量的目标值，通常为95％。其规定值需视所执行的测试项目、接收器频宽，以及调变的复杂度而定。接着须验证接收器在静态与衰减环境中，并且在各种已支援的资料速率与通道频宽下，是否能在专用实体通道内，正确地解调变专用控制通道。

换手交递流程测试

TD-LTE设备必须与现有的3GPP系统相容，并且支援一系列的换手交递（handover）流程，以确保其符合规格。这项验证的目的是，确保不间断的用户服务，并且检测从待机状态与通话中频段内TDD-TDD换手交递，到频段间切换与TDD-FDD换手、交递至3G W-CDMA与HSPA系统，以及由TDD交递到GSM系统等测试项目。

MIMO测试

LTE FDD和TD-LTE的指定射频环境，都需支援MIMO运作方式，其测试与验证方法尚未定案。分析组成MIMO发射器之个别资料串流的讯号相当简单。 MIMO接收器多重信号的测试项目包含即时衰减验测，因而需产生特殊的测试讯号。在3GPP与量测产业中，正确的MIMO接收器运作，其验证方式仍在研议中。初期的LTE布建将采用2×2 MIMO架构（即两个独立的发射器与接收器），不过未来标准规范需使用高达4×4的MIMO架构。MIMO有助于提升覆盖率与资料传输的能力，每一个发射器可发射其独特的资料串流，接收器则执行复杂的阵列解调变，以还原原始的资料。

《图四　2×2 MIMO配置范例示意图》

其他流程测试亦非常关键

而这些只是初步的系统测试工作而已。除此之外，从晶片组设计到网路建置，每一个设计流程都需执行大量的测试，以验证用户的实际使用情形。除了确保互连能力外，完整的测试项目还包括验证数千种用户使用情境。唯有在系统布建初期就确实验证各项功能，电信业者才能了解客户的实际使用经验，并维持客户忠诚度。

过去布建WAP与W-CDMA网路时，电信业者已经知道系统布建与正式营运时，可能导致客诉的种种问题，例如网路覆盖率不足、实际传输速率过低、过于耗费电池的电量、即时互动性不足等等。系统设计者与服务供应商必须在网路布建前与变更设计后，藉由控制可复制的测试流程，来验证在实际网路运作的状况下，所能达到最高系统设计效能以及系统运作效能。

量测仪器厂商的因应之道

LTE TDD讯号产生与讯号分析解决方案

量测仪器厂商正在发展多款TD-LTE测试产品，协助业者加速TD-LTE系统的布建进度。例如3GPP LTE TDD无线程式库，结合系统软体，可直接与讯号分析仪搭配使用，提供支援完整编码的BER解决方案。这些测试工具，可有效验证使用2×2与4×4 MIMO技术的LTE标准TDD版本。此解决方案还可针对待测装置，执行完整编码BER量测，包括模拟多重路径衰减下的频道耗损情形。

以PC为基础的讯号分析应用软体，则可支援LTE TDD波形产生，并可搭配使用各类向量讯号产生器，以及MIMO 接收器测试仪，以此产生标准的TD-LTE讯号。量测仪器厂商所推出的讯号分析应用软体已经可以支援2008年9月公布的3GPP LTE TDD规范。此应用软体亦提供PDSCH、PHICH、PCFICH、PBCH、PDCCH、PUSCH、PUCCH的多重频道功能，并可发射下行与上行链路讯号。这些产品提供的基本功能，可有效测试基地台与手机元件，例如功率放大器与滤波器。它们亦支援进阶接收器测试，以便验证传输层编码、4×4 MIMO预先编码，以及多路径信号衰减（Fading）。

RF和基频讯号分析方法

针对RF与基频设计工程师，量测仪器厂商亦提供完整的TD-LTE讯号分析工具，以及LTE收发器与元件的实体层测试和障碍排除功能。 TD-LTE下行链路（OFDMA）、上行链路（SC-FDMA），及MIMO分析等测试功能，需则是有另外一套设计。量测仪器厂商提供的软体，包含低于-50 dB的EVM（依不同硬体效能而定）、以及1.4MHz至20MHz的频宽。其调变格式包括BPSK、QPSK、16 QAM、64 QAM、CAZAC、OSxPRBS、TDD下行／上行链路分配（0-6）与特殊子讯框长度（0-8），以及2×2 MIMO。这种软体可应用于包括频谱与讯号分析仪、示波器与逻辑分析仪，能协助业者在整体产品设计流程中，执行各种LTE测试，包含基频到天线，以及数位或类比信号等测试，可与各类讯号分析仪、向量讯号分析仪及多款示波器搭配使用，来支援2×2 MIMO分析。

TD-LTE带来全新的量测挑战

市场预估在 5年之内，LTE用户数将达到3000万至8000万，可望为电信业者带来超过1000亿美元的营收。因此，顺利导入并布建LTE技​​术，对于LTE市场的成熟化非常关键。系统或测试研发人员，必须花更多时间学习数位和RF领域以外的全新测试方法，加上测试点数量的减少，也进一步提高了测​​试难度。对于研发工程师以及设计和测试工具发展厂商而言，LTE，特别是TD-LTE，带来了全新的挑战，例如新型的RF调变机制、MIMO天线配置、更高的系统频宽与容量、以及更低的延迟等等。在这个关键时刻，量测仪器厂商已经准备就绪。

（本文作者Yvonne Liu目前服务于美商安捷伦科技Agilent Technologies北京分公司中国通信运营（CCO）部门；Bai Ying为安捷伦科技应用工程师）