UMTS地面無線接入(UTRA)標準最初是以WCDMA為基礎開發的，后來經過不斷演進，加入了高速分組接入(HSPA)。第8版3GPP標準包含了針對HSPA的增強以及E-UTRA，又稱為長期演進(LTE)。LTE是一種基于OFDM技術的全新空中接口，具有更高的數據傳輸速率、更低的延遲、簡化的純IP網絡以及更高的頻譜效率，將為用戶和運營商帶來一系列的優勢。然而，為充分發掘LTE標準的潛力，首先必須解決一系列設計挑戰。幸運的是，新的測試設備正在開發中，它將有助于克服這些挑戰。
當前的挑戰
目前LTE已不僅僅是一個概念，開發人員進行了大量工作來完善第8版UMTS標準(圖1)。盡管如此，LTE可供選擇的部署方案還是太多，這或許是早期用戶設備(UE)設計與測試所面臨的最大挑戰。為支持這些不同的選擇，必須盡快開發出專用的LTE測試設備并投放市場。
圖1：按照計劃，核心LTE標準應于2008年年初發布；首次一致性測試標準于2008年下半年發布；到2009/2010年，應有一定數量的支持這些標準的用戶設備開始進行外場測試。鑒于時間非常緊張，業界廠商需要盡快向市場上推出各種測試設備。
這些解決方案可以滿足許多特殊的測試需求，包括：
1. 基帶
當前的HSPA設備性能對移動設備套件的處理能力提出了極高的要求，但現有的原型HSPA設備無法滿足這些高數據速率的要求，除非連接到干線適配器。LTE的目標數據速率遠高于HSPA，這將進一步增加了平臺設計的挑戰。
支持LTE數據速率需要非常強大的處理能力，尤其是在處理所有故障和信號的基帶中。設計人員可能會在用戶設備端和網絡端通過PC仿真對基帶設計進行建模，也可能對硬件原型進行減速仿真。
2．射頻
目前的3GPP TR 36.803標準列出了11個定義的頻分雙工(FDD)頻段和6個時分雙工(TDD)頻段。這些頻段是針對GSM和UMTS而定義的。迄今為止，LTE還沒有分配到任何專用頻譜。LTE是與WCDMA和GSM系統共用頻段，還是重新分配整個專用頻段，目前都尚無定論。問題是，標準組合數量的增加會使目前的研究工作，以及隨之而來的要求和測試都變得更加復雜。同樣，缺乏單獨定義的LTE頻段也會使LTE早期部署較采用單一頻段部署的GSM和UMTS(W-CDMA)復雜得多。
雖然LTE頻段仍不確定，但與基礎空中接口相關的事宜卻變得逐步清晰。在LTE移動設備需要進行射頻測試之際，WiMAX技術已得到了廣泛的認可。WiMAX使用與LTE極為相似的正交頻分復用(OFDM)下行鏈路。然而，LTE上行鏈路與WiMAX有所不同：LTE上行鏈路使用了單載波頻分多址(SC-FDMA)技術以降低峰均功率比(PAPR)。這使得LTE測試具有一些非常特殊的要求。例如，需要根據TR 36.803發射機要求開發測試，以消除多種典型的射頻減損，包括I/Q不平衡、PA非線性、示波器相位噪聲、中頻/射頻取樣與混合中的定時抖動。
LTE用戶設備面臨的另一個新難題是如何處理它的8個從1.4到20MHz不等的通道帶寬。這種靈活性雖然豐富了部署選擇，但同時也提出了新的挑戰，比如如何規定通道內和通道外要求，如何確定與無線電資源管理(如信元選擇/重新選擇和切換)相關的測試順序和操作步驟。
由于LTE的通道帶寬可以變化，而且用戶設備通常只會分配到通道內可用資源模塊的一部分，所以必須對允許用戶設備在未使用資源模塊中發射的能量做出限制。信道內測試的定義和要求仍在討論中，但圖2中的矢量信號分析儀圖像顯示了其原理。實際上，OFDM信號的失真會產生鏡像噪聲圖像。
圖2：此處顯示的受損OFDM信號使用發射機中的0.1dB IQ增益不平衡失真生成。OFDM信號的此類失真會在與中心頻率等距的另一半信號上生成分配資源模塊的圖像。上部圖像顯示的是子載波功率，下部圖像顯示的是每個子載波的誤差矢量幅度(EVM)。
另外兩個與LTE第2層相關的挑戰分別為分組數據匯聚協議(PDCP)中的大量數據加密和媒體訪問控制(MAC)周轉時間(2毫秒，較HSDPA快6倍)，因此在高吞吐量下進行測試需要重點關注這兩個關鍵方面的問題。
測試完整的設備
由于標準不成熟，目前還無法設計出完整的設備測試解決方案(例如具有實時協議堆棧或程序腳本解決方案的基站仿真器)，需要投入大量資源進一步開發標準。預計此類解決方案最早將在6至12個月內上市，但仍需持續的修訂，直至標準最終完成。與前幾代無線標準不同，LTE一致性測試在2008向客戶提供(遠早于商業服務)。這將有助于減少新技術推出過程中常見的互連問題，也意味著測試設備提供商必須加快速度推出新的測試設備。同時它還會促使現有測試解決方案(用于HSPA+、EDGE演進和WiMAX等技術)在最后開發過程中的重疊。
一致性測試標準的早日問世將給某些基本測試帶來幫助，確保其互通性，但與當前的一致性測試類似，它們并不能保證完美的客戶體驗。客戶將需要更多的功能測試和驗證，以便對用戶設備進行適當的極限測試。
實現高峰值數據速率
LTE的目標是提供高峰值數據速率，即單個天線達到50Mbps的上行鏈路速率和100Mbps的下行鏈路速率，并可升至170Mbps以上。這些數字代表了系統設計的上限，實際速率會由于用戶設備的功能而降低。然而，即使速率大幅降低，我們仍面臨許多設計和測試挑戰。
實現LTE峰值數據速率需要使用多路輸入/多路輸出(MIMO)技術。MIMO的性能目標將針對具體的通道條件進行定義。盡管這些條件是精心挑選得出的，但仍不能代表實際狀況。實際性能與未規定的天線性能、極化面(polarization aspect)、人的身體和頭帶來的損耗(body and head loss)、不同的機械使用模式和實際通道的動態條件有很大關系。天線性能可能會因支持多個頻段的需要而降低。鑒于有這么多不確定的因素，通過規定“空中”性能以確保用戶獲得滿意的體驗是不現實的。MIMO接收機一致性測試將采用直接轉發方式進行，但我們還無法說明這個簡單的測試與實際環境有什么關系。通過訪問當地LTE網絡，有可能在適當的條件下實現對MIMO性能的真實測試。然而，使用測試設備為早期研發提供可重復的實際環境仿真將會非常困難。
本文小結
與任何新技術一樣，LTE也提出了非常多的設計挑戰。歷史已證明，挑戰通常會隨著時間流逝而變得簡單。例如，15年前，設計人員憑借遠低于現有水平的計算能力、設計和仿真工具以及測試設備幫助GSM發展成為通信行業的主流技術。如今，GSM看起來比后來的技術都簡單。LTE有可能會經歷相似的過程。
安捷倫獨有的LTE“連接解決方案”將安捷倫廣泛的信號發生和分析設備、ESG和MXG矢量信號發生器、Agilent MXA信號分析儀、PSA系列頻譜分析儀、先進設計系統(ADS)仿真環境及LTE無線程序庫連接到一起，創建出全面的測試解決方案，幫助研發工程師更好地迎接新興的LTE技術。這些測試解決方案僅僅是LTE設計與驗證的開始。隨著協議的發展，協議一致性測試和網絡仿真解決方案也將隨之而來。LTE可能面臨著許多的挑戰，但隨著強大的測試設備解決方案更早地推出，這些挑戰將迎刃而解。