À l'heure actuelle, la certification des appareils LTE n'a pas encore débuté. Les principaux organismes de certification (GCF [réf. 1], PTCRB [réf. 2]) travaillent à la mise en place de systèmes de tests de conformité pour le protocole, les facteurs de réserve (RF) et la gestion des ressources radio, avec pour objectif décembre 2010. Cependant, certains appareils étant déjà commercialisés sur certains marchés, une question se pose : ces appareils seront-ils en mesure de réussir les tests de conformité une fois mis sur le marché ?
Avec les appareils LTE de catégorie 3 capables de prendre en charge des débits de données élevés (100 Mbit/s en téléchargement, 50 Mbit/s en envoi), la capacité du réseau de liaison sera-t-elle suffisante ? À long terme, avec l’augmentation du nombre d’utilisateurs LTE, le partage de la bande passante du réseau radio entre tous les utilisateurs de la cellule deviendra un facteur déterminant, les cellules surchargées voyant leurs performances se dégrader. De plus, l’augmentation du nombre d’utilisateurs actifs impactera les performances des réseaux cellulaires de nouvelle génération en raison d’un rapport signal/bruit plus élevé.
Avec un réseau de données mobiles potentiellement mondial, il est impératif de répondre aux attentes des utilisateurs en matière d'itinérance internationale. Si cela est techniquement possible, le coût des services d'itinérance pour les consommateurs doit être pris en compte. Par ailleurs, les forfaits de données à tarif fixe sont déjà une réalité pour les opérateurs, qui génèrent des revenus en proposant des volumes de données toujours plus importants et variables.
L'adoption de la LTE comme technologie de nouvelle génération pour les opérateurs de réseaux CDMA2000 (par exemple, Verizon Wireless) implique une nécessité de compatibilité avec les services de données par paquets CDMA2000 3GPP2 haut débit. La fusion des topologies de réseau 3GPP et 3GPP2 au niveau de l'interface radio LTE constitue une évolution intéressante qui exigera des tests rigoureux afin de garantir son bon fonctionnement.
Maintenir les services vocaux sur un réseau IP en parallèle du circuit de commutation réseau représente un défi pour les opérateurs. L'accord annoncé lors du Mobile World Congress 2010 par les principaux opérateurs pour normaliser la VoLTE (Voice over LTE) laisse entrevoir une solution prochaine à ce problème. Cependant, cette technologie, qui utilise l'IMS (IP Multimedia Subsystem) du 3GPP, n'est pas encore déployée à grande échelle.
Comment relever le défi
: Pour répondre aux exigences élevées des terminaux LTE, il est essentiel de diviser la conception en sous-systèmes et d’élaborer un plan de test permettant de caractériser minutieusement chaque composant avant de tester l’appareil complet. Sans cette approche modulaire, le diagnostic des problèmes peut intervenir si tard dans le programme qu’il devient difficile de les gérer lors des phases finales de lancement, notamment les essais sur le terrain et les tests de conformité.
Exigences de mesure :
Que la conception du dispositif soit entièrement nouvelle, qu’elle s’appuie sur une conception antérieure ou qu’elle intègre des composants tiers, diverses mesures de performance doivent être effectuées. Certaines d’entre elles, comme la puissance de sortie maximale, le contrôle de puissance et la sensibilité du récepteur, sont connues des technologies précédentes. Cependant, en raison des schémas de transmission utilisés (OFDMA en liaison descendante, SC-FDMA en liaison montante), de nouveaux équipements de mesure seront nécessaires pour réaliser ces tests.
D'autres mesures sont spécifiques à la LTE. Avec son système de transmission OFDMA, par exemple, l'amplitude de l'erreur vectorielle (EVM) par sous-porteuse devient un test essentiel des performances du modulateur. Grâce à la disponibilité du spectre de la télévision analogique à 700 MHz, la LTE sera déployée à des fréquences plus basses que le GSM ou le WCDMA, ce qui se traduit par des bandes passantes beaucoup plus larges : 20 MHz/700 MHz = 2,8 %, contre 5 MHz/2 100 MHz = 0,24 % pour les dispositifs WCDMA classiques. Ceci représente un défi pour certaines architectures de modulation, entraînant une EVM plus élevée aux limites de bande ; une attention particulière doit donc être portée à ce point lors de la conception.
En raison de la nature dynamique de certains tests, tels que le contrôle de puissance, il est nécessaire d'établir les conditions de mesure à l'aide du protocole de signalisation. Il est donc essentiel que l'équipement de test intègre les protocoles simulant la station de base Evolution Node B (ENB). Étant donné que ces mesures sont généralement effectuées par des ingénieurs (RF) plutôt que par des spécialistes des protocoles, l'équipement de test utilisé doit être simple à mettre en place, permettant aux ingénieurs de se concentrer sur la mesure effectuée.
Test du protocole :
L’un des principaux défis pour le concepteur du protocole sera de garantir le respect des exigences relatives aux changements d’état de réponse. Bien que les spécifications LTE aient réduit le nombre d’états possibles pour un terminal (RRC_IDLE et RRC_CONNECTED), le temps de commutation entre ces états représente une part importante de la latence disponible lors de l’envoi de données.
En mode RRC_IDLE, l'appareil électronique fonctionne autant que possible en mode basse consommation afin de préserver l'autonomie de la batterie. Le récepteur est activé périodiquement pour vérifier la présence de messages de pagination. L'appareil se réactive automatiquement lors de la transmission de données programmée et synchronise rapidement sa liaison montante.
Les protocoles de test nécessitent souvent un effort considérable pour la génération des cas de test et la création des protocoles, ce qui rend l'accès aux infrastructures de test crucial pour l'efficacité. Pour mener à bien les tests, il est essentiel de pouvoir tester chaque sous-couche, tant au niveau utilisateur qu'au niveau du plan de contrôle. Les fonctionnalités des protocoles de test sont essentielles pour le suivi des défaillances. Généralement, cela inclut l'enregistrement de la date et du décodage des messages. Cependant, il est important que ces informations soient disponibles pour chaque sous-couche, permettant un traçage détaillé des flux de messages de signalisation, des PDU MAC aux messages RRC, et garantissant ainsi le respect des contraintes de synchronisation.
La possibilité de créer des scénarios de test pour chaque couche exige une maîtrise précise de l'équipement de test, mais celle-ci doit être aussi intuitive que possible afin d'éviter une prise en main trop complexe. La description graphique du test, fournie par l'assistant de scénarios Aeroflex 7100, constitue la méthode la plus claire pour définir de nouveaux tests (Figure 1).
Tests de performance :
Une fois les couches RF, bande de base, protocoles et application intégrées, les performances globales du dispositif doivent être entièrement caractérisées. À cette étape, il est nécessaire d’identifier et d’éliminer les goulots d’étranglement afin d’optimiser le débit de données dans des conditions de température et de tension d’alimentation normales et extrêmes. La consommation d’énergie, les caractéristiques thermiques, la compatibilité électromagnétique (CEM), les émissions et la susceptibilité doivent être mesurées en pleine charge. Généralement, cela implique l’utilisation d’une configuration MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 2x2 en aval.
Il est essentiel d'évaluer la capacité à optimiser le transfert intercellulaire et à minimiser les interruptions de données, ainsi que la capacité à basculer entre différentes technologies d'accès radio tout en maintenant la connectivité. Des instruments compacts, flexibles et modulaires sont déjà disponibles auprès de plusieurs fournisseurs. Par exemple, les produits LTE d'Aeroflex répondent à toutes les caractéristiques nécessaires à la caractérisation du comportement des dispositifs LTE (Figure 2).
Bien que la couche physique LTE utilise un préfixe cyclique pour atténuer les effets de trajets multiples, son bon fonctionnement doit être vérifié. Reporter ces tests à la phase d'essai accroît les risques liés au développement. Heureusement, les fournisseurs d'équipements de test proposent des outils permettant de simuler en laboratoire les conditions réelles de signal, notamment des simulateurs, des logiciels de coloration et des générateurs de bruit.
Un paramètre important des performances d'un dispositif LTE est sa capacité à se synchroniser avec le signal descendant. Le protocole OFDMA de la LTE utilise des sous-porteuses espacées de 15 kHz. Le récepteur doit être précisément accordé sur ces porteuses, même en présence d'effet Doppler. Un défaut de synchronisation engendre des interférences entre les sous-porteuses, réduisant ainsi le rapport signal/bruit (SNR).
Pour caractériser le comportement du dispositif, il est donc essentiel de pouvoir simuler l'effet Doppler en laboratoire.
Conclusion :
La prochaine génération d’appareils mobiles devra offrir une expérience haut débit mobile à la hauteur des attentes des opérateurs de réseau. Les nouveaux appareils LTE devront être testés couche par couche, jusqu’à un scénario de test de bout en bout reproduisant les conditions réelles de transmission du signal. Garantir des performances constantes au sein de la cellule constituera le principal défi, notamment avec l’augmentation du nombre d’utilisateurs et du niveau de bruit du signal.
Des tests rigoureux et efficaces des appareils LTE nécessitent une couverture complète : radiofréquences, protocole et système. Les fournisseurs d’équipements de test proposent cette capacité grâce à des instruments, des équipements et des systèmes nouveaux et améliorés déjà disponibles.
L'objectif principal du déploiement de la technologie LTE est d'assurer un transfert de données performant et à faible latence, de la manière la plus efficace possible (en termes de consommation d'énergie et d'utilisation du spectre radioélectrique). Cet objectif ne pourra être atteint qu'au prix de tests approfondis lors des phases de développement et de déploiement.
Références
1. Global Certification Forum
www.globacertificationforum.org
2. PTCRB www.ptcrb.com
