第三代行動電話系統（3G）早已佈建於世界各地，而其主流技術W-CDMA，可在下行與上行鏈路中支援高速封包接取（HSPA）功能，因此短期內仍將在無線通訊領域維持主導地位。目前，行動基地台最高的資料傳輸速率約為7.2Mbps，而每位用戶的資料傳輸速率預估可達1.5Mbps。為了持續保持競爭力，第三代行動電話夥伴計畫（3GPP）在3GPP UMTS第8版規範中，首次明訂了長期演進技術（Long Term Evolution；LTE）的規格，以因應未來10年內行動寬頻技術的新需求。將來LTE系統正式運作後，其資料傳輸速率將可超過300Mbps。

目前針對LTE進行的規範工作，主要集中於分頻雙工（Frequency Division Duplex；LTE FDD）的版本制訂。而以分時雙工（TDD）為基礎的中國TD SCDMA標準，已整合入3GPP的LTE規範當中，有助於晶片組與裝置研發工程師可將TDD功能納入開發計劃。中國目前正在推動的TD-LTE標準，則可進一步讓電信業者充分利用既有的非成對頻譜（unpaired spectrum）。

TD-LTE量測浮上檯面

相較於之前的標準，例如GSM/EDGE與W-CDMA，LTE只花極短時間就從第一代標準文件，演進到商業營運版本。而TD-LTE因近期才納入標準中，所以商業版演進時間更短。LTE規範的最大射頻（RF）頻寬為20MHz，使得手機與資料網卡的設計流程圖必須跟著改變，並因而出現了標準連結。此外，設計工程師須密集使用由軟體定義無線（Software Defined Radios）的功能，以確保多重格式（multi-format）裝置能與傳統系統相容。未來，設計工程師還須使用嶄新的量測工具與方法，來執行更多類比／數位跨域量測，以及數位輸入、射頻輸出（digital-in, RF-out）量測，進一步設計新產品。

TD-LTE技術規格大要

TD-LTE的運作頻率範圍為1850至2620MHz，並使用和FDD一樣的的多重輸入／多重輸出（MIMO）模型，以及上行和下行鏈路調變格式。亦即，下行鏈路使用正交分頻多重接取（OFDMA），而上行鏈路使用單一載波分頻多重接取（SC-FDMA）調變格式。TD-LTE支援兩種訊框配置，總長度均為10ms，並細分成10個子訊框，如圖一所示。

其中10ms訊框配置只有一個子訊框，而5ms的版本配置了兩個特殊的同步子訊框，可更彈性地調整上行與下行傳輸。如此一來，業者可根據即時的資料傳輸需求，動態地將訊框配置，變更為任何一種預設的配置。

《圖一　TD-LTE訊框配置示意圖》

規定訊框系統時序

每一個1ms的下行鏈路子訊框，均內含指派給不同用戶的區塊（資源區塊），上行鏈路子訊框則包含從用戶端傳送到基地台（eNB）的區塊。TD-LTE規定，小型資料封包的時延（從請求資訊到回覆的時間）為5ms，亦即訊框的一半時間。因此系統的時序很重要，包含補償基地台距離的時間差。目前的TD-LTE系統是專為低速行動用戶而設計的，在靜止或徒步時，可支援最高的傳輸速率。不過TD-LTE的最終目標是，為移動速度達時速500公里的用戶，提供高速通訊服務。

規範RF通道規格與量測方法

TD-LTE標準亦規範了1.4、3、5、10、15和20MHz、亦即與可彈性調整頻寬的LTE FDD相同的RF通道規格和量測方法。TD-LTE所定義的測試方法與項目，大多僅適用於使用單一發送與接收元件的單一碼型資料。適用於多碼型與MIMO配置的規格，目前仍在研議中。

TD-LTE技術初期的量測目標是，確保其發送與接收不會受到耗損影響。因此，業者需執行上行與下行鏈路的發射遮罩測試、最大與最小功率、功率控制、相鄰通道洩漏與寄生發射（spurious emissions）等主要測試項目，以盡可能降低干擾。圖二為發射開關遮罩的測試範例。

《圖二　發射信號遮罩測試範例示意圖》

TD-LTE量測重點

根據調變複雜度調整發射品質驗證

以下的量測項目，著重於發射品質的驗證，主要測試指標為錯誤向量大小（EVM）。以OFDM的下行鏈路為例，必須在時域中一個子訊框（1ms），以及頻域中12個子載波（180kHz）之上執行測量。它還根據調變的複雜程度來設定限制：調變格式愈高，規範限制就越嚴格。對於用戶端設備所發射的SC-FDMA上行鏈路徑而言，已分配和未分配的資源區塊是決定發射品質的要件，因此須分別測量用戶端所發射之頻道，以及其他尚未發射之頻道內的頻譜。此外，已分配的資源區塊須量測EVM與頻譜平坦度，而未分配的資源區塊則須量測會干擾信號，造成網路效能下滑的頻內洩漏與IQ偏移（載波洩漏）。

《圖三　顯示上行鏈路效能資料的VSA畫面》

測試接收器RF品質

在測試接收器RF品質時，一開始須使用一般呼叫協定來執行基本測試項目，包含：參考靈敏度、動態範圍、通道內選擇性、鄰頻選擇性阻斷，以及寄生發射，直到用戶端設備能連接到訊務通道為止。TD-LTE規定區塊錯誤率（BLER）不得超過目標值，並須維持訊務流量的目標值，通常為95％。其規定值需視所執行的測試項目、接收器頻寬，以及調變的複雜度而定。接著須驗證接收器在靜態與衰減環境中，並且在各種已支援的資料速率與通道頻寬下，是否能在專用實體通道內，正確地解調變專用控制通道。

換手交遞流程測試

TD-LTE設備必須與現有的3GPP系統相容，並且支援一系列的換手交遞（handover）流程，以確保其符合規格。這項驗證的目的是，確保不間斷的用戶服務，並且檢測從待機狀態與通話中頻段內TDD-TDD換手交遞，到頻段間切換與TDD-FDD換手、交遞至3G W-CDMA與HSPA系統，以及由TDD交遞到GSM系統等測試項目。

MIMO測試

LTE FDD和TD-LTE的指定射頻環境，都需支援MIMO運作方式，其測試與驗證方法尚未定案。分析組成MIMO發射器之個別資料串流的訊號相當簡單。MIMO接收器多重信號的測試項目包含即時衰減驗測，因而需產生特殊的測試訊號。在3GPP與量測產業中，正確的MIMO接收器運作，其驗證方式仍在研議中。初期的LTE佈建將採用2×2 MIMO架構（即兩個獨立的發射器與接收器），不過未來標準規範需使用高達4×4的MIMO架構。MIMO有助於提升覆蓋率與資料傳輸的能力，每一個發射器可發射其獨特的資料串流，接收器則執行複雜的陣列解調變，以還原原始的資料。

《圖四　2×2 MIMO配置範例示意圖》

其他流程測試亦非常關鍵

而這些只是初步的系統測試工作而已。除此之外，從晶片組設計到網路建置，每一個設計流程都需執行大量的測試，以驗證用戶的實際使用情形。除了確保互連能力外，完整的測試項目還包括驗證數千種用戶使用情境。唯有在系統佈建初期就確實驗證各項功能，電信業者才能了解客戶的實際使用經驗，並維持客戶忠誠度。

過去佈建WAP與 W-CDMA網路時，電信業者已經知道系統佈建與正式營運時，可能導致客訴的種種問題，例如網路覆蓋率不足、實際傳輸速率過低、過於耗費電池的電量、即時互動性不足等等。系統設計者與服務供應商必須在網路佈建前與變更設計後，藉由控制可複製的測試流程，來驗證在實際網路運作的狀況下，所能達到最高系統設計效能以及系統運作效能。

量測儀器廠商的因應之道

LTE TDD訊號產生與訊號分析解決方案

量測儀器廠商正在發展多款TD-LTE測試產品，協助業者加速TD-LTE系統的佈建進度。例如3GPP LTE TDD無線程式庫，結合系統軟體，可直接與訊號分析儀搭配使用，提供支援完整編碼的BER解決方案。這些測試工具，可有效驗證使用2×2與4×4 MIMO技術的LTE標準TDD版本。此解決方案還可針對待測裝置，執行完整編碼BER量測，包括模擬多重路徑衰減下的頻道耗損情形。

以PC為基礎的訊號分析應用軟體，則可支援LTE TDD波形產生，並可搭配使用各類向量訊號產生器，以及MIMO 接收器測試儀，以此產生標準的TD-LTE訊號。量測儀器廠商所推出的訊號分析應用軟體已經可以支援2008年9月公布的3GPP LTE TDD規範。此應用軟體亦提供PDSCH、PHICH、PCFICH、PBCH、PDCCH、PUSCH、PUCCH的多重頻道功能，並可發射下行與上行鏈路訊號。這些產品提供的基本功能，可有效測試基地台與手機元件，例如功率放大器與濾波器。它們亦支援進階接收器測試，以便驗證傳輸層編碼、4×4 MIMO預先編碼，以及多路徑信號衰減（Fading）。

RF和基頻訊號分析方案

針對RF與基頻設計工程師，量測儀器廠商亦提供完整的TD-LTE訊號分析工具，以及LTE收發器與元件的實體層測試和障礙排除功能。TD-LTE下行鏈路（OFDMA）、上行鏈路（SC-FDMA），及MIMO分析等測試功能，需則是有另外一套設計。量測儀器廠商提供的軟體，包含低於-50 dB的EVM（依不同硬體效能而定）、以及1.4MHz至20MHz的頻寬。其調變格式包括BPSK、QPSK、16 QAM、64 QAM、CAZAC、OSxPRBS、TDD下行／上行鏈路分配（0-6）與特殊子訊框長度（0-8），以及2×2 MIMO。這種軟體可應用於包括頻譜與訊號分析儀、示波器與邏輯分析儀，能協助業者在整體產品設計流程中，執行各種LTE測試，包含基頻到天線，以及數位或類比信號等測試，可與各類訊號分析儀、向量訊號分析儀及多款示波器搭配使用，來支援2×2 MIMO分析。

TD-LTE帶來全新的量測挑戰

市場預估在 5年之內，LTE用戶數將達到3000萬至8000萬，可望為電信業者帶來超過1000億美元的營收。因此，順利導入並佈建LTE技術，對於LTE市場的成熟化非常關鍵。系統或測試研發人員，必須花更多時間學習數位和RF領域以外的全新測試方法，加上測試點數量的減少，也進一步提高了測試難度。對於研發工程師以及設計和測試工具發展廠商而言，LTE，特別是TD-LTE，帶來了全新的挑戰，例如新型的RF調變機制、MIMO天線配置、更高的系統頻寬與容量、以及更低的延遲等等。在這個關鍵時刻，量測儀器廠商已經準備就緒。

（本文作者Yvonne Liu目前服務於美商安捷倫科技Agilent Technologies北京分公司中國通信運營（CCO）部門；Bai Ying為安捷倫科技應用工程師）