最初的UMTS陸地無線存取網路(UMTS Terrestrial Radio Access, UTRA)標準是以寬頻多碼分工接取系統(WCDMA)為基礎，經持續加強後納入高速封包存取(High Speed Packet Access, HSPA)。第八版第三代夥伴計畫(3GPP)標準包含增強型HSPA，以及E-UTRA，也稱為長期演進計畫(Long Term Evolution, LTE)技術，是以正交分頻多工(OFDM)技術為基礎的全新空中介面。LTE較高的資料速率、較短的等待時間、簡單的全IP網路及改良的頻譜效率，保證可為使用者和營運業者提供許多優點，也獲得智慧型手機製造商青睞，紛紛計畫將此技術增加到智慧型手機中，但為讓標準展現真正的實力，必須先解決一些設計挑戰，幸運的是，目前正在開發中的新興測試設備將可協助克服這些挑戰。
LET測試設備須可解決特定測試需求
現在LTE不只是一個概念，要完成第八版UMTS標準還有許多工作待執行。圖1所示為LTE技術發展時程，LTE核心規格預定在2008年初完成，2008年底應會訂出最初的符合性測試規格，到了2009～2010年時則會推出少量可操作的使用者設備(UE)供進行實地試驗，如此積極的時間表，必須倚靠廠商及時推出完整的測試設備配合。在此過程中，設計與測試初期的UE所須面對的最大挑戰之一就是LTE有許多可行的建置選項。要支援這些不同的選項，有賴於業界及時推出特定的LTE測試設備，這些解決方案可用來解決一些特定的測試需求，以下將一一說明。
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| 圖1 3GPP針對LTE技術各項規格制定的發展時程 |
| 現有HSPA裝置的效能，對於行動裝置的處理功率有很大的需求，目前可用的原型HSPA裝置除非連接到主電源轉接器，否則很難提供較高的資料速率，且LTE的目標資料速率相當高，將進一步對平台的設計造成挑戰。 支援LTE資料速率所需的處理功率非常驚人，尤其是在進行所有錯誤和訊號處理的基頻部分，因此可能須要使用PC對UE和網路進行基頻設計模擬，也可能必須對硬體原型進行較慢速度的模擬。 |
| 3GPP TR 36.803標準列出了十一種定義的頻分雙工(FDD)成對頻帶和六種時分雙工(TDD)頻帶。GSM和UMTS也定義了這些頻帶，但LTE迄今尚未分配任何特定的頻譜，LTE究竟會與WCDMA和GSM系統共用相同的頻帶，還是全部的頻帶都會重新分配？在此階段，唯一可確定的就是LTE的頻譜位置尚未確定，而各種組合的數量使共存研究所須執行的作業，以及衍生的需求和測試將變得相當複雜，比起GSM和UMTS，LTE缺少定義頻帶也會使初期的開發工作變得更為複雜。 |
雖然LTE頻帶尚未確定，但有關基本空中介面的細節就較為清楚。等到LTE行動裝置須要執行射頻(RF)測試時，對會分享非常類似的OFDM下行鏈路的全球微波互通存取(WiMAX)技術應該也有相當程度的了解。LTE上行鏈路與WiMAX稍微不同，其使用單載波頻分多工存取(SC-FDMA)降低峰值平均功率比(PAPR)。這項差異衍生一些特殊的LTE測試需求，舉例來說，必須開發以TR 36.803發射器需求為基礎的測試，以排除許多常見的RF瑕疵，包括I/Q不平衡、功率放大器(PA)非線性特性、振盪器的相位雜訊及IF/RF取樣與混頻中的時序抖動。
LTE UE必須面對的另一個新的挑戰是，如何處理從1.4M～20MHz不等的八個不同的通道頻寬。這樣的彈性為建置提供許多新的可能性，但是在如何指定通道內和通道外需求、測試變更的次數、及與無線電資源管理(Radio Resource Management)有關的操作，如基地台的選擇/重選與越區切換上也會帶來一些挑戰。
由於LTE採用可變的通道頻寬，而且UE通常會被分配至通道中可用資源區塊的一小部分，所以必須定義UE在未利用的資源區塊中可發射的能量限制，這項通道內測試的定義和需求仍在討論中，但圖2的向量訊號分析儀顯示圖說明了原則，上半圖顯示子載波功率，下半圖則顯示每個子載波的EVM，而圖中有瑕疵的OFDM訊號是使用在發射器中產生的0dB I/Q增益不平衡失真。此失真對OFDM訊號的影響，即會在與中心頻率等距離的另一半訊號中產生已分配資源區塊的影像。實際上，OFDM訊號的失真會造成雜訊影像鏡射。
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| 圖2 向量訊號分析儀顯示圖 |
此外，其他兩項重大挑戰與LTE Layer 2有關，包括封包資料聚合協定(Packet Data Convergence Protocol, PDCP)中大量資料的加密，以及媒體存取控制(MAC)的轉換時間，其在2微秒下為HSDPA的六倍快，有必要以較快的速度進行測試，以便突顯這兩個重要部分的問題。
LTE符合性即將面世 解決裝置互通性問題
若無足夠的專屬資料說明規格的差距，便無法設計完整裝置的測試解決方案，如含即時協定堆疊的基地台模擬器或以程序指令集為基礎的解決方案。初期的解決方案在6～12個月內就能推出，但在規格確定之前都必須不斷地加以修改。與前幾代無線電標準不同的是，LTE符合性測試可望在2008年上市，遠比商業化服務更早推出，這有助於減輕會妨礙新技術問世的裝置互通性問題，同時也表示測試設備提供者必須面對更早提供測試涵蓋範圍的挑戰。此外，這也會迫使與HSPA+、EDGE Evolution和WiMAX等技術的現有測試解決方案之最終發展階段產生重疊。
及早提出符合性測試規格，對一些基本的測試很有幫助並能確保相互操作性，但如同現今的符合性測試一樣，其並不足以保證完美的客戶使用經驗，因此必須透過更多的功能測試與驗證，對UE進行適當的應力測試。
MIMO技術助一臂之力 LTE峰值資料速率大增
LTE旨在提供較高的峰值資料速率，即單一天線的上行速率達50Mbit/s；下行速率達100Mbit/s，並可提高到170Mbit/s以上。這些數字代表系統設計的上限，實際的數字必須等到UE能力定義後再調回，但即使在大幅下降的速率下，仍有許多設計與測試挑戰須克服。
要達到LTE峰值資料速率，必須使用多重輸入多重輸出(MIMO)技術。MIMO效能目標須針對特定的通道情況加以定義，雖已經過謹慎的選擇，但並不能代表真實的情況。實際的效能明顯取決於不同的天線效能、極化方向、人體和頭部的損耗、不同的機械使用模式及真實通道的動態情況。在必須支援多重頻帶的情形下，天線的效能會進一步變差。面對如此多的變數，指定空中介面效能確保滿意的使用者經驗並非實際的做法，MIMO接收器符合性測試雖然簡單，但卻很少有資訊提到這個簡單的測試與真實環境的關聯性，只要造訪本地LTE網路，在適當的時候實際測試MIMO效能是可行的，但使用測試設備為初期研發提供可重複的真實模擬，則只會更具挑戰性。
如同所有新技術一樣，LTE在設計上帶來許多重大的挑戰，但過去歷史證明事後回頭看這些挑戰時，往往不像一開始般的複雜。如15年前設計師力促GSM成為產業主要標準時，並不須費力應付計算能力、設計和模擬工具、以及測試設備等問題，與後來陸續發展的技術相比，反而很簡單，預估LTE的情況也可能如此，LTE或許帶來許多挑戰，但儀器商適時推出的測試設備解決方案，將能一一克服這些挑戰，即使將3G技術用於智慧型手機中，也是如此。
(本文作者任職於安捷倫)
