2007年11月，3GPPRAN151會(huì )議通過(guò)了27家公司聯(lián)署的LTETDD融合幀結構的建議，統一了LTE TDD的兩種幀結構。融合后的LTE TDD幀結構是以TD-SCDMA的幀結構為基礎的，這就為T(mén)D-SCDMA成功演進(jìn)到LTE乃至4G標準奠定了基礎。

TDD-LTE技術(shù)特點(diǎn)

LTE系統支持FDD和TDD兩種雙工方式。在這兩種雙工方式下，系統的大部分設計，尤其是高層協(xié)議方面是一致的。另一方面，在系統底層設計，尤其是物理層的設計上，由于FDD和TDD兩種雙工方式在物理特性上所固有的不同，LTE系統為T(mén)DD的工作方式進(jìn)行了一系列專(zhuān)門(mén)的設計，這些設計在一定程度上參考和繼承了TD-SCDMA的設計思想，下面我們對這些設計進(jìn)行簡(jiǎn)要的描述與討論。

無(wú)線(xiàn)幀結構

因為T(mén)DD采用時(shí)間來(lái)區分上、下行，資源在時(shí)間上是不連續的，需要保護時(shí)間間隔來(lái)避免上下行之間的收發(fā)干擾，所以L(fǎng)TE分別為FDD和TDD設計了各自的幀結構，即Type1和Type2，其中Type1用于FDD，而Type2用于TDD。

在FDD Type1中，10ms的無(wú)線(xiàn)幀分為10個(gè)長(cháng)度為1ms的子幀，每個(gè)子幀由兩個(gè)長(cháng)度為0.5ms的slot組成。 在TDD Type2中，10ms的無(wú)線(xiàn)幀由兩個(gè)長(cháng)度為5ms的半幀組成，每個(gè)半幀由5個(gè)長(cháng)度為1ms的子幀組成，其中有4個(gè)普通的子幀和1個(gè)特殊子幀。普通子幀由兩個(gè)0.5ms的slot組成，特殊子幀由3個(gè)特殊時(shí)隙（UpPTS，GP和DwPTS）組成。


在LTE中TDD與FDD幀結構最顯著(zhù)的區別在于：在TDDType2幀結構中存在1ms的特殊子幀，該子幀由三個(gè)特殊時(shí)隙組成：DwPTS，GP和UpPTS，其含義和功能與TD-SCDMA系統相類(lèi)似，其中DwPTS始終用于下行發(fā)送，UpPTS始終用于上行發(fā)送，而GP作為T(mén)DD中下行至上行轉換的保護時(shí)間間隔。，三個(gè)特殊時(shí)隙的總長(cháng)度固定為1ms，而其各自的長(cháng)度可以根據網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際需要進(jìn)行配置。

上下行的時(shí)間分配

TDD另外一個(gè)顯著(zhù)區別于FDD的物理特征是，FDD依靠頻率區分上下行，因此其單方向的資源在時(shí)間上是連續的；而TDD依靠時(shí)間來(lái)區分上下行，所以其單方向的資源在時(shí)間上是不連續的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。
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下圖是LTE TDD中支持的7種不同的上、下行時(shí)間配比，從將大部分資源分配給下行的“9:1”到上行占用資源較多的“2:3”，在實(shí)際使用時(shí)，網(wǎng)絡(luò )可以根據業(yè)務(wù)量的特性靈活的選擇配置。這樣，在資源組成上TDD與FDD所固有的不同，成為了LTE中另一部分為T(mén)DD所進(jìn)行的專(zhuān)門(mén)設計的原因。這一部分設計主要包括“物理層HARQ的相關(guān)機制”，以及“采用頻分的隨機接入信道”。

允許同一時(shí)間上存在多個(gè)隨機接入信道（頻分）是TDD上下行時(shí)分的結構形成的又一設計結果。在LTEFDD的設計中，同一時(shí)刻只允許一個(gè)隨機接入信道的存在，即僅在時(shí)間域上改變隨機接入信道的數量。而在TDD中，時(shí)間資源已經(jīng)在上下行進(jìn)行了分配，同時(shí)由于不同的上下行配比的存在，可能存在上行子幀數目很少的情況（如DL:UL=9:1），因此在TDD中需要支持頻分的隨機接入信道，即在同一時(shí)間位置上采用不同頻率的區分提供多個(gè)隨機接入信道，以為系統提供足夠的隨機接入的容量。

在FDD的情況下，上、下行的資源在單方向上都是連續的，而且子幀數目相等。因此，以下行為例，在進(jìn)行物理層的HARQ時(shí)，下行數據與上行的ACK/NAK之間可以建立一對一的對應關(guān)系。與此不同的是，在TDD的情況下，單方向的資源不是連續的，因此可能無(wú)法獲得對應的時(shí)間上的資源。另外，上下行配比的設置可能使得上下行的子幀數目不相等，因此無(wú)法建立一一對應的關(guān)系，所以這些都需要進(jìn)行針對性的設計。在LTETDD，為了解決以上問(wèn)題，引入了MultipleACK/NAK的概念，即使用一個(gè)ACK/NAK完成對前續若干個(gè)下行數據的反饋，這樣就解決了上下行時(shí)隙不對稱(chēng)帶來(lái)的反饋問(wèn)題。在另一個(gè)方面，同時(shí)還減小了數據的傳輸時(shí)延，數據無(wú)需再等待到下一個(gè)上行時(shí)隙以進(jìn)行反饋了。當然，該方案可能引起的不必要的過(guò)多重傳也需要引起注意。


同步信道

同步信道是另一項體現不同雙工方式的設計。LTE中用于小區搜索的同步信道包括“主同步信號”和“輔同步信號”。在兩種幀結構中，同步信號具有不同的位置：在FDDType1中兩個(gè)同步信號連接在一起，位于子幀0和5的中間位置；而TDDType2中，輔同步信號位于子幀0的末尾，主同步信號位于特殊子幀，即DwPTS的第三個(gè)符號。在兩種幀結構中，同步信號在無(wú)線(xiàn)幀中的絕對位置不相同，更為重要的是，主、輔同步信號的相對位置不同：在FDD中兩個(gè)信號連接在一起，而在TDD中兩個(gè)信號之間有兩個(gè)符號的時(shí)間間隔。由于同步信號是終端進(jìn)行小區搜索時(shí)最先檢測的信號，這樣不同的相對位置的設計使得終端在接入網(wǎng)絡(luò )的最開(kāi)始階段就可以檢測出網(wǎng)絡(luò )的雙工方式，即FDD或者TDD。


隨機接入前導

隨機接入前導（Random Access preamble）的設計是LTE對TDD的另一項特殊設計。在LTE中，隨機接入序列采用如下圖所示的5種隨機接入序列格式。其中最后一種隨機接入序列格式是TDD所特有的，由于其長(cháng)度明顯短于其它的4種格式，因此又稱(chēng)為“短RACH”。采用短RACH的原因也是與TDD關(guān)于特殊時(shí)隙的設計相關(guān)的，如同圖中所描述的，短RACH在特殊時(shí)隙的最后部分（即UpPTS）進(jìn)行發(fā)送，這樣利用這一部分的資源完成上行隨機接入的操作，避免占用正常子幀的資源。采用短RACH時(shí)，需要注意的一個(gè)主要問(wèn)題是其鏈路預算所能夠支持的覆蓋半徑，由于其長(cháng)度要大大的小于其它格式的RACH序列，因此其鏈路預算相對較低，相應的適用于覆蓋半徑較小的場(chǎng)景（根據網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的不同，約700m～2km）。

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R&S LTE TDD測試方案

3GPP LTE和之前的系統在空中接口上存在很大的不同，所以對于測試就提出了新的要求?；谠?G測試領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗和領(lǐng)先地位，Rohde & Schwarz 對于UMTS LTE從早期的研發(fā)階段就開(kāi)始跟蹤研究，積累了豐富的經(jīng)驗成果，目前不僅可以為L(cháng)TE FDD，而且也可以為L(cháng)TE TDD無(wú)線(xiàn)設備研發(fā)提供了完整的測試產(chǎn)品線(xiàn)。這些產(chǎn)品包括功率計，頻譜分析儀，信號源，無(wú)線(xiàn)綜測儀，協(xié)議測試儀和射頻一致性測試系統。設備制造商自始自終都可以依賴(lài)于Rohde& Schwarz 公司的產(chǎn)品和專(zhuān)家級的支持。Rohde& Schwarz 全球的支持網(wǎng)絡(luò )擁有經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓的應用工程師，從而可以提供全方位的客戶(hù)支持。

由于3GPP LTE標準的發(fā)展還未最終完成， R & S公司在開(kāi)發(fā)LTE選件時(shí)保持了高度的靈活性，軟件會(huì )定期更新，確保測試儀表依據的標準和最新發(fā)展保持一致，使它們滿(mǎn)足3GPP LTE 未來(lái)開(kāi)發(fā)的要求。下面針對在LTE早期的研發(fā)中一些重要的測試項目進(jìn)行介紹：

如何靈活地對LTE射頻和基帶信號進(jìn)行模擬產(chǎn)生和分析，

如何對不同的MIMO模式進(jìn)行進(jìn)行測試，

如何在協(xié)議棧開(kāi)發(fā)的早期就進(jìn)行測試，使之符合一致性的要求。

LTE信號產(chǎn)生

LTE的測試首先需要模擬LTE射頻信號，并且研究其統計特性。對于LTE下行，研究人員可以從WiMAX和WLAN等技術(shù)中參考得到OFDMA的射頻特性。但是對于上行，LTE上行使用的SC-FDMA技術(shù)在其他標準中并沒(méi)有使用。因此上行信號特性需要進(jìn)行特別的研究。LTE信號模擬中的一些通常設置包括頻率、帶寬、LTE信號包含資源塊的數目、天線(xiàn)配置、參考信號序列配置、下行同步信道配置、循環(huán)前綴長(cháng)度、用戶(hù)數據和調制方式的分配和L1/L2控制信道的配置的等參數。

選件R&S SMx-K55用于R & S公司的信號源，諸如R&S SMU200A, R&S SMJ100A 和 R&S SMATE200A就可以按照TS36.211標準規定產(chǎn)生LTE FDD 和 LTE TDD 上下行射頻信號，用于元器件性能測試以及基站和移動(dòng)終端的接收機測試。下圖顯示了LTE TDD信號的設置以及圖形顯示資源分配圖。

此外R&S還提供了高性能的雙通道基帶信號源AMU200A以及AFQ100A，加上AMU-K55或者AFQ-K255選件后，就可以模擬LTE的基帶信號，用于LTE研發(fā)早期基帶信號的模擬。而通過(guò)一款R&S提供的EX-IQ-BOX，用戶(hù)可以產(chǎn)生適應自己需要的數字基帶信號格式。

這些儀表及其選件可提供信道編碼，多達四路發(fā)射天線(xiàn)的 MIMO 預編碼以及2x2 MIMO 的實(shí)時(shí)衰落模擬等功能。該軟件選件直接安裝在儀器上，給用戶(hù)提供了多種配置的可能性，用戶(hù)不僅可調用預先定義好的測試場(chǎng)景，快速的進(jìn)行測試設置；而且還可以按照自己的需要靈活設置各種參數進(jìn)行定制測試：例如參考符號，控制信道，同步信道及數據信道的參數，此外，也可獨立配置各個(gè)子幀。

目前R&S的LTE信號模擬方案完全符合3GPP V8.40標準，包括PRACH、探測參考信號、上行鏈路的PUCCH編碼，下行鏈路的PHICH和PCFICH編碼，同時(shí)包含36.141標準規定的E-Test模型信道。

LTE信號分析

其次在LTE信號的射頻分析方面，由于LTE信號采用了新的接入方式OFDMA，信號帶寬最高可達20MHZ，這些對于信號的頻域分析和調制域分析都提出了更高的要求。R&S FSQ 和 R&S FSG 信號分析儀能分析3GPP LTE 基站或者移動(dòng)電話(huà)的發(fā)射機模塊。信號分析選件 R&S FSQ-K101 和R&S FSQ-K105支持LTE FDD和TDD射頻調制信號的測量，并以圖形或表格顯示結果：諸如 EVM、頻率誤差、頻譜平坦度、I/Q 偏移、眼圖、星座圖及群時(shí)延等測量結果。選件 R&S FSQ-K100和R&S FSQ-K104可用于分析 3GPP LTE下行信號， 跟上行信號選件類(lèi)似，該選件能在頻域，時(shí)域及調制域對標準規定的所有信道帶寬的3GPP LTE FDD和TDD信號進(jìn)行測量。
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如需測量LTE基帶信號，不管是平衡還是非平衡的，都可使用R&S FSQ 的模擬(R&S FSQ-B71)和數字 (R&S FSQ-B17) 基帶輸入選件來(lái)完成。同時(shí)R&S也提供了一款EX-IQ-BOX可以適應用戶(hù)自己的數字基帶格式，通過(guò)和FSQ上的B17接口一起使用，可以分析LTE數字基帶信號。


此外如果想對OFDM信號進(jìn)行分析的話(huà)，R&S在高端信號分析儀FSQ上開(kāi)發(fā)了FSQ-K96選件，這可以滿(mǎn)足LTE早期研發(fā)和對任意OFDM信號進(jìn)行分析的需求。

LTE MIMO測試

R&S公司的射頻信號發(fā)生器SMU200A，或基帶信號發(fā)生器AMU200A，都可以使用單臺儀表進(jìn)行MIMO接收機測試。這兩款信號發(fā)生器都配置兩個(gè)信號源，加裝R&S SMU-K74或者AMU-K74選件后，就可以實(shí)時(shí)模擬2×2MIMO系統所需的4個(gè)衰落信道，從而對2×2 的MIMO接收機進(jìn)行測試。這兩款儀表解決方案都支持ITU 為3GPP LTE 定義的、包含衰落路徑之間的相關(guān)特性的各種衰落模式。

通過(guò)把兩臺或四臺R&S的信號分析儀FSQ或FSG連接起來(lái)，R&S可以提供2x2和4x4的MIMO信號分析，此時(shí)只需在一臺主控FSQ/G上配置K100（或者K104）和K102選件，就可以支持LTE FDD和LTE TDD中的三種MIMO模式：發(fā)射分集，空間復用和循環(huán)延遲分集。

LTE 協(xié)議測試

LTE協(xié)議棧的測試用來(lái)驗證一些信令功能，例如呼叫建立和釋放，呼叫重配置，狀態(tài)處理和移動(dòng)性等。和2G，3G系統的互操作性測試是對LTE的另外一個(gè)需求。此外為了保證終端的協(xié)議棧和應用可以處理高數據率的數據，需要測試驗證終端吞吐量的要求。在LTE實(shí)現的早期，研發(fā)部門(mén)需要包含各個(gè)參數配置的多種測試場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行LTE協(xié)議棧的測試。此外LTE物理層具有很多重要功能，這包括小區搜索、HARQ協(xié)議、調度安排、鏈路自適應、上行時(shí)間控制和功率控制等。而且這些過(guò)程有著(zhù)很?chē)栏竦亩〞r(shí)要求。因此也需要對物理層進(jìn)行完全測試來(lái)保證LTE的性能。

基于Rohde & Schwarz 在UMTS LTE協(xié)議棧測試領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，R&S 推出了LTE協(xié)議測試儀CMW500，它的功能強大的硬件方案可以提供的頻率高達6GHz，帶寬為40MHz。它不僅可以用于一致性測試，性能測試和互操作測試，而且還把它的優(yōu)點(diǎn)擴展到產(chǎn)品生命周期的后續階段，從而可以給芯片和無(wú)線(xiàn)設備制造商在UMTS LTE 協(xié)議一致性研發(fā)的各個(gè)階段中帶來(lái)多重好處。而且它還有一個(gè)可供選擇的用于PC機上的軟件方案，可以支持個(gè)人開(kāi)發(fā)者在早期就進(jìn)行協(xié)議開(kāi)發(fā)的工作，從而有效降低UMTS LTE 無(wú)線(xiàn)設備整個(gè)研發(fā)過(guò)程中的成本。所以使用CMW500可以并行進(jìn)行軟件和硬件的協(xié)同開(kāi)發(fā)、測試和優(yōu)化，從而加快產(chǎn)品的上市時(shí)間。

通過(guò)在CMW500上配置CMW-KP500 MLAPI和CMW-KP501 LLAPI，R&S提供了協(xié)議棧測試所需的底層和高層兩種不同編程接口，這樣開(kāi)發(fā)者在早期就可以對協(xié)議棧進(jìn)行靈活測試，而且這樣的測試是和后期的一致性測試完全兼容的，可以節省后期測試的時(shí)間和成本。

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