TDLTE与FDDLTE基站射频测试方法差异性分析.doc

图 1 帧结构 Type 12012-07T-1D3#-#L#T#E#与#F#D#D#2L01T2E-07基-1站3#射#频#2测#01试2-0方7-1法3#差异性分析北京邮电大学信息与通信工程学院硕士研究生工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师 工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师邢金强石美宪 来志京摘要对 TD-LTE 与 FDD LTE 的基本技术差异进行了分析 ，对 LTE 基 站 的 RRU 结 构 和 相关射频测试项目作了介绍 ，并分析了二者在基站射频测试方法上的差异性 。关键词 TD-LTE 测 试 差 异差异之一。 FDD LTE 在两个对称频率上进行接收和发送，上下行频率之间存在一定的双工保护间隔。 FDD LTE 必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链引言1随着移动通信技术的蓬勃发展，无线通信系统呈现出移动化、宽带化和 IP 化的趋势，移动通信市场的 竞争也日趋激烈。 为应对来自 WiMAX，Wi-Fi 等传统 和新兴无线宽带接入技术的挑战， 提高 3G 在宽带无 线接入市场的竞争力 ，3GPP 开 展 了 UTRA 长 期 演 进 技术的研究， 以实现 3G 技术向 B3G 和 4G 的平滑过 渡。 LTE 目 前已经成 为 第 4 代移动通信主流技术之 一。 在 LTE 系统中同时定义了频分双工和时分双工两 种工作模式。从 3G 商用化进程来看， 一种新技术从实验室演 示到真正商用，需要通过长期严格的室内外测试验证 来提高产品的质量和性能。 作为 LTE 移动通信的核心 环节之一，LTE 基站的质量和性能在 LTE 技术的成熟 和商用化进程中起着关键作用。 分析和比较 TD-LTE 与 FDD LTE 在基站射频测试方法中的差异性，将有助 于推动我国 LTE 技术的发展和成熟。路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD LTE 在支持对称业务时能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时频谱利用率将降低。TD-LTE 用时间来区分接收和发 送 信 道 。 在 TD-LTE 移动通信系统中， 接收和发送使用同一频率 载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在 时 间上不连续 。 某个时间段由基站发送信号给 移动 台， 另外的时间段由移动台发送信号给 基 站 ， 基 站 和 移动台之间必须协同一致才能顺利工作。2.2 帧结构帧结构是在时域对发送信息 进行区分的方式 。LTE 定义了两种帧结构，分别称为 Type 1 和 Type 2。帧结构 Type 1 适用于 FDD 和 HD-FDD。 一个无线 帧的长度为 10ms，可以分为长度为 1ms 的 10 个子帧， 每个子帧可以分为两个长度为 0.5ms 的时隙（见图 1）。2TD-LTE 与 FDD LTE 基本技术差异2.1 双工方式双 工 是 信息在两点之间进行双 2012-0向7传-输1的3基#本#工#作#方#式#，#双#工#方#式#的#2012-07-13#2#012-07-13#不 同 是 TD-LTE 与 FDD LTE 的 基 本图 2 帧结构 Type 2图 3 智能天线基本结构2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#07-13#帧结构 Type 2 适用于 TDD。 每个 10ms 无线帧包括 2 个长度为 5ms 的半帧，每个半帧由 4 个数据子帧 和 1 个特殊子帧组成（见图 2）。 特殊子帧包括 3 个特 殊时隙：DwPTS，GP 和 UpPTS，总长度为 1ms。天线双流波束赋形技术，将 MIMO 与智能天线进行了有效结合， 它将成为 TD-LTE 建网的主流技术。 FDD LTE 基站目前采用的多天线配置一般为两天线收发 结构。基站射频指标测试方法33.1 分布式基站构成移动通信组网中目前逐渐 大量采用分布式基站。 分布式 基站的概念是把传统的基站设 备按 照功能分为两个模块 ， 即 基 带 单 元 BBU 和 射 频 拉 远 单 元 RRU。 基站的基带、主控、传 输、 时钟等功能集成为一个模 块单元构成 BBU； 收 发 信 机 、功放等射频部分集成在远端射频 模 块 上 构 成 RRU，RRU 安装在天线端。 BBU 与 RRU 间通过标准接口用 光纤相连接。 基站射频指标测试主要是针对 RRU 进 行测试。2.3 多天线技术在 LTE 移动通信系统中应用的多天线技术包括 MIMO 技术和智能天线技术。 MIMO 技术可以同时发 送和接收多个空间流，提高信道容量。 MIMO 信道提 供 的空间分集增益也 提 高 了 信 道的 可 靠 性 ， 降 低 误 码 率 。 在 TD-LTE 与 FDD LTE 系 统 中 都 采 用了 MIMO 技术。智能天线技术也采用了多阵 元天线。 通过不同的发射天线来发 送相同的数据，形成指向某些用户 的赋形波束，从而有效提高天线增 益， 降低用户间的干扰 ， 实现空分 多址。 在实现上，智能天线技术更 适合于时分双工模式 （TDD）。 利用 TDD 系统的上下行信道互易性， 在使用赋形算法时上下行链路可以使用相同的权值。 TDD 基站的接收 通道和发送通道可以共用部分射频单元，在一定程度 上降低了基站的制造成本。 与之不同的是，由于 FDD 系统上下行链路信号传播的无线 环境受频率选择性 衰落影响不同，根据上行链路计算得到的权值不能直在分布式基站中，RRU 收发信机大多采用了超外差结构方式，典型的 FDD 收发信机结构如图 4 所示。图 4 中上半部分是接收通道，下半部分是发射通 道。 双工器（Duplexer）与天线之间有一个收发共用的 输入输出端，双工器内部由两个带通滤波器 （BPF） 构 成。 其中一个带通滤波器是接收机滤波器，其中心频 率在接收机带内 ， 一方面作为接收预 选 滤 波 器 ， 另 一 方面抑制发射机信号泄漏到接收带内。 另一个带通滤接应用于下行链路。智能天线基本结构如图 3 所示。3GPP 标 准 组 织 在 R9 版 本 TD-LTE 中 引 入 了 82012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#07-13#图 4 FDD 收发信机结构表 1 工作频点选取2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#0#7-13#波器是发射机滤波器，用来抑制发射带内噪声和杂散辐射。 对于收发共用一个天线的全双工 FDD 收发信 机，双工器是必需的。与 FDD 收发信机不同的是 ，TDD 收发信 机 的 接 收通道和 发射通道采用相同的带通滤波器完成收发 滤波功能。 对于收发共天线的 TDD 收发信机，用天线 开关代替双工器完成在不同时隙分别切换到 接收通 道和发射通道的功能。3.2 RRU 收发信机射频测试方法基带信号经射 频信号处理最终辐射到传输媒 质空气中。 空中接口是多个 RF 载波间的一个共享 资源，每个 RF 载波都分配到频谱的一部分。 RF 发射 机必需满足这样的性能，即不仅要在分配到的频谱内 产生一个纯净的信号，而且还要将载波间干扰保持在 一个可接受的水平 。 接收机必须可靠地解调有用信 号，同时消除来自相邻载波的干扰。 RRU 收发信机射 频测试分为两部分：发射机射频指标测试和接收机射 频指标测试。 发射机射频指标测试是对发射机发出的 射频信号质量的测试。 接收机射频指标测试是对接收 机接收和解调信号能力的测试。TD-LTE 与 FDD LTE 基站收发信机射 频 测 试 方法的差异主要由 两者的工作频段 、 双 工 方 式 、 帧 结 构 以及现阶段采用的多天线技术不同引起的 。 下 面 对 TD-LTE 与 FDD LTE 基站射频测试方法异同点进行 简要分析。4.1 频段的影响FDD LTE 是频分双工方式，其上下行采用对称的 频段，TD-LTE 是 时分双工方式其上下行使用同一频 段。 TD-LTE 目前使用的频段：室内 Band 40，即 23002400MHz；室外 Band 38，即 25702620MHz。 FDD 工 作 频 段 比 较 多 ， 测 试 频 段 以 Band7 为 例 ， 分 配 了70MHz 带 宽 ： 上 行 2500 2570MHz， 下 行 2620 2690MHz。射频测试首先要确定的就是工作频段，所有的项 目都跟工作频段相关。 对于 TD-LTE，接收机和发射机 工作在同一频段，因此在测试例中其低、中、高 3 个信 道工作频点的选取无论在发射机测试还 是接收机测 试中都是一样的。 而 FDD LTE 则不同，其上 / 下行采 用不同的工作频率， 因此在 FDD LTE 测试中应 注意 低、 中、 高 3 个信道工作频点在 发 射 机 测 试 和 接 收 机 测试中的不同。 以 Band 38 和 Band 7 为例，低、中、高 3 个信道工作频点的选取如表 1 所示，测试信道带宽以20MHz 为例。基站射频一致性测试标准是 3GPP TS 36.141。标准 中 规 定 的 RRU 射频一致性测试主要包括了 RRU发射机射频指标测试、RRU 接收机射频指标测试和性能测试。其中，RRU 主要的发射机和接收机射频指标测试项目如图 5 所示。TD-LTE 与 FDD LTE 基站射频测试方法比较42012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#0#7-13#图 5 RRU 收发信机射频测试项目2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#0#7-13#4.2 双工方式和帧结构的影响TD-LTE 与 FDD LTE 由于双工方式不同，导致采 用的帧结构不同以及频谱利用率的差别。 在 RRU 收 发机射频测试 中 ，TD-LTE 引入了几项特有 的 测 试 项 目，包括发射机关断功率和发射机过渡时间等。 另外， FDD LTE 基 站 和 TD-LTE 基站在杂散测试上也有较 大不同。(1) 发射机关断功率发射机关断功率规定了当基站发射机处于关 闭 状态时由发射机器件噪声以 及 热 噪 声 产 生 的 功 率 指 标。 关断功率过高会导致整个系统出现过多的噪声， 指标要求比最小发射功率略低。 在发射机关断功率测 试过程中，RRU 在下行时隙以最大功率发射， 测试选有发射机关断功率这个测试项目。(2) 发射机过渡时间发射机过渡时间是指发射机实现从关到开或 者 从开到关的转换所需要的时间。 TD-LTE 基站发射机 过渡时间参见图 6。 由于 TDD 系统以时隙作为收发转 换的基本时间单位，理想情况下发射机过渡时间为 0，此时 TDD 信号上下行之间不存在相互干扰。但在实际设备实现上 ， 无法达到此理想情况 ， 所 以 应 尽 量 保证不会因发射机开关转换时 间过长而造成相邻时隙 间相互串扰，从而降低系统性能。 FDD 系统上下行处 于不同的频段可以同时工作，不存在收发之间转换时 间问题，所以此项测试不适用于 FDD LTE。 此项测试 的测试条件为基站工作在 E-TM1.1 模式，以基站厂商 规定的最 大输出功率 发 射 信 号 ， 然后测量其过渡时 间 ，TD-LTE 发射机过渡时间的指标要求 为 过 渡 时 间 应小于 17s。(3) 杂散测试杂散测试分为接收机杂散和发射机杂散。 接收机取的上行时隙 RRU 不发射信号。测试指标要求关断功率谱密度小于 -85dBm/MHz。 FDD LTE 收发可以同时进行且其上下行处于不同的频率，在双工器的带通 滤波器作用下，发射机处于关闭状态时背景噪声对接 收机产生的影响比较小， 因此 FDD 基站射频测试没2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#0#7-13#图 6 发射机过渡时间2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#07-13#杂散辐射功率是指 RRU 的接收机产生或放大并到达天线接口处的杂散功率。 通过接收机杂散测试可以衡 量基站接收机杂散发射对其它系统的影响。 此项测试 适用于所有具有单独接收天线和发射天线的基站。 对 于具有收发共天线的 TDD 基站来说， 由于接收和发 射处于不同的时隙 ， 此项测试要锁定在上行 时隙进 行。 对于收发共天线的 FDD 系统基站，由于接收机与 发射机处于同时工作状态且共天线，此时发射机杂散 为主要杂散来源，因此接收机杂散测试用发射机杂散 代替。RRU 接收机测试中有动态范围、信道内选择性、 邻道选择性、阻塞特性、接收机互调等。对于 TD-LTE 基站八天线收发信机射频测试，其 基本测试思路可以有以下 3 种参考方式：方式 1：8 天线逐个测试，每个天线端口测试结果 均应满足 3GPP 的指标。方式 2：从 8 天线中随机抽取其中的 3 根，每个天 线端口测试结果应满足 3GPP 的指标。方 式 3：8 天 线 合 路 测 试 ， 总的测试指标应 满 足3GPP 要求值9dB，前提是 8 天线要进行相位校准。在发射机时间对准误 差测试中天线选择可以 参 考以下两种方式：方式 1： 以天线 0 作为 参考，其它的 7 个发射天线 分 别 与 天 线 0 做 时 间 误 差 测量共需测 7 组。方式 2： 将 8 根天线平 均 分 为 A，B 共 2 组 ， 编 号 为 A0，A1，A2，A3 和 B0， B1，B2，B3。 A 组的 A0 天线 作为参考， 与 B 组的 B0 B3 组合分别测试。 反之，以B 组 B0 为参考，与 A 组 A1A3 组合测试，同样共测 试 7 组。 对于不同的测试项目可以合理选取天线测试方式，在满足测试要求的情况下加快测试进度。由于 FDD LTE 基站目前只配置双天线，没有对多 天线带来的总射频性能做要求， 因此不存在天线选择 测试的问题，可以对双天线均进行相关的射频测试。发射机杂散需要对 9kHz12.75GHz 带宽内的杂散信号进行测试（去除工作频段）。 杂散发射包括：谐 波发射、寄生发射、互调产物、以及变频产物等。 由于 杂散信号相对有用信号比较微弱，考虑到频谱仪的动 态范围限制， 为了在测试中更精确的测量杂散信号， 一般需要将有用信号滤除再测试。 因此 RRU 发射的 信号需先通过带阻滤波器，再输入到频谱仪。由于 TD-LTE 目前采用了 8 天线配置，测试中可 以采用任 意抽测 1 根天线的方式来测试单端口的基 本杂散， 但此时测试指标上限绝对值为 3GPP 指标减 去 9dB， 即当 8 天线同时发射信号时其总杂散强度应 低于 3GPP 的规定值。4.3 多天线技术的影响在收发信机射频测试中，TD-LTE 与 FDD LTE 基 站单天线性能测试的射频测试项目大部分相同。 这类 测 试 项 目 在 RRU 发 射机测试中包括总功率动态范 围 ， 频 率 误 差 ，EVM， 下行参考符号功率 ， 占 用 带 宽 ；结束语5TD-LTE 与 FDD LTE 技术的主要区别在于 二 者采用的双工方式不同，由此导致了帧结构的不同以及 频谱利用率的差别。 LTE 基站射频指标测试与基站所 用的频段、 帧结构、 双工方式以及天线配 置 等 直 接 相 关。 从本文的分析可以看出， 在基站射频测试方面， TD-LTE 与 FDD LTE 的差异不是很大。 尽管二者的相 同之处远远多于它们的差异，但分析它们在射频测试 方法上的差异将有助于加快 LTE 基站射 频测试的速2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#07-13#2012-07-13#2012-07-13#2#0#1#2#-#0#7-13#FDD LTE 与 TD-LTE 基站邻频杂散辐射的研究高荣北京邮电大学信息与通信工程学院硕士研究生工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师 北京邮电大学信息与通信工程学院教授王海燕石美宪 曾志民摘要随 着 LTE 技术的初步商用 ，FDD LTE 和 TD-LTE 基站邻频共存的情况 很 可 能 出 现 ，这 两 种 LTE 基站间将会产生邻频干扰 。 基站发射机输出的信号通常为大功率信号 ，基 站 发 射 信 号 有可能会在有用频带之外产生较大的杂散辐射 。杂散辐射对异系统的影响在这两种基站工作频段 相邻时更为严重 ， 本 文 正 是基于这种场景对两种 LTE 基站之间邻频共存的杂散辐射和干扰问题 进行了研究与测试分析 。关键词LTE FDD LTE TD-LTE引言系统带宽、 超过 200Mbit/s 的下行峰值速率和更短的传输 延时， 极大地提高了频谱效率 ， 这 些 特 性 使 得 LTE 在一段时期内能够保持相对其它移动通信 系统 的竞争优势。 移动通信系统的发展永远与频谱资源息 息相关，依据 3GPP 的频段划分，TD-LTE Band38 的频1LTE 系统是移动通信与宽带无线接入技术的融 合，它采用 OFDM 和 MIMO 等先进的无线传输技术、扁平网络结构和全 IP 系统架构， 支持最大 20MHz 的!度，推动 LTE 技术的发展和成熟。系统设计. 人民邮电出版社. 2009陈邦媛. 射频通信电路. 科学出版社. 2010朱辉. 实用射频测试和测量