通往千兆LTE之路

王玮

自从3GPP组织2009年发布第一个LTE版本Release 8以来，到目前LTE已经过将近10年的发展，经过3GPP Release 8～Release 14各个版本的性能的增强以及运营商的商用实现，LTE已经成为了历史上最成功的商用移动通信系统。在2017年超过了GSM和WCDMA的用户数量，目前已经服务过40亿以上的用户。

在LTE各个版本的发布过程中，每个版本都有一系列的新技术的引入以及之前特性的增强。例如载波聚合功能在Release 10引入，在之后的各个版本通过对终端速率等级的提升不断增强。蜂窝物联网相关的特性NB-IoT和eMTC在Release 13版本引入，提升了3GPP在蜂窝物联网领域的市场竞争力。3GPP在Release 12 版本引入D2D通信纳入到标准体系当中，将LTE的应用领域逐渐扩展到了车联网领域。而上面提到三个技术方向，移动宽带，物联网和车联网也正是未来5G技术的三大方向。在这三个方向之中，移动宽带MBB一直都是技术上最活跃，商用上最早被实现的重要特性，从Release 10开始，逐渐提高LTE的吞吐率等级。今天我们主要来谈一下LTE技术中的MBB技术的演进以及测试方案。

LTE的速率等级称为category，定义在3GPP TS 36.306中， category早期由ue-Category表示， ue-Category对应一个下行吞吐量能力和一个上行吞吐量能力，例如Category 6的终端下行需要达到300Mbps的吞吐量，上行需要达到50Mbps的吞吐量。随著技术的发展，上下行吞吐量的非对称性变的越来越明显 ，从Release 12开始，3GPP决定将上下行吞吐量的能力通过ue-CategoryDL，ue-CategoryUL分开表征。从Release 12 开始，LTE的吞吐量正式突破1000Mbps，目前领先的芯片供应商可以提供高达1Gbps，1.2Gbps，1.6Gbps等多个能力等级的芯片产品，而目前最新的3GPP Release 14版本规定了高达2Gbps的芯片实现方案。

LTE的不同吞吐率规定了LTE终端的最大吞吐率，在实际的实现中需要结合不同的关键技术来实现，例如下行高阶调制（256QAM），下行多天线技术（4×4 MIMO），多载波聚合（up to 7CC），非授权频谱接入（LAA），FDD-TDD联合载波聚合（Joint CA）等技术来灵活匹配全世界各个运营商的不同需求。

上述的新技术给测试平台的软件和硬件都带来了新的挑战，例如多载波和多天线技术使得基站和终端在发射的过程当中使用多Layer发送，如果采用下行256QAM调制方式，每个layer可以产生约100Mbps的吞吐量，以LTE Category 18为例，下行并行发送12个layer，TTI峰值速率可以达到1.2Gbps，而在实际信号发送过程当中，每个layer需要使用一个射频通路。这对仪表的射频通道能力提出了很高的需求，在高等级LTE-A的场景当中，所有的测试仪器都需要调度多台仪表来实现复杂的基带计算能力以及射频信号发送能力。LAA引入了FDD和TDD之外的新的帧结构，结合了LBT，CCA等关键技术使得载波聚合的辅载波可以运行在5GHz，提供了可以在非授权频段进行载波聚合部署的方案。

除了射频信号的传输能力以外，由于MBB终端的主要能力体现就是高速率应用，因此高速的IP层吞吐量是衡量终端能力的最重要的指标，但是随着吞吐量的提升，在速率高于1Gbps，甚至高于600Mbps之后，就会有更多的因素来影响IP层的吞吐量，比如CPU的处理能力，对于Core的调用机制，散热能力，数据线的传输瓶颈，仪器的发包能力，数据处理能力。

CMW通过不断的硬件升级提供了更高的数字信号处理能力以支持4×4MIMO，LAA和高阶上行 技术，支持更高的模拟信号带宽满足新技术的需求，如上行3CC技术，5GNR技术，更高的IP层传输带宽则可以提供至少2Gbps的IP层数据传输能力来满足目前LTE技术的信号传输。

方案灵活，可扩展性强：CMWflex可以通过灵活的改变CMWflex的配置去支持不同等级的LTE-A，在不测试复杂场景的时候，单独的每台CMW500都可以单独使用，结合在一起可以支持目前业界最高端的芯片场景。

新技术更新迅速，针对多载波聚合：目前CMWflex已经可以支持最高8CC的载波聚合技术，可以支持LAA，FDD-TDD混合载波聚合。可以支持上行最高3CC载波聚合技术。

通用型强：单台CMW500可以用于非蜂窝技术射频，音频，应用测试的场景。可以支持WLAN和BT的各个版本，提供丰富的方法进行射频，音频以及应用层测试。

通过使用CMWFlex测试1.2Gbps终端的吞吐量测试实例，我们可以看到待测终端为3个载波的载波聚合，每个载波采用下行256QAM调制，并且使用4×4 MIMO的多天线方案，其中每个载波下行可以提供390Mbps的物理层速率，三个载波可以实现1.17Gbps的物理层吞吐率，IP层通过FTP下载可以实现1.13Gbps的端到端的IP层吞吐率。

罗德与施瓦茨通过CMWflex平台来实现LTE-A终端的射频以及应用层的一致性测试，通过与业界领先的厂家进行预先联合测试，已经成功完成了1Gbps，1.2Gbps，1.6Gbps的物理层以及应用层的吞吐量测试。为领先的芯片和终端厂商发布新功能提供了强大的分析手段和测试指导。