Al momento della stesura di questo documento, la certificazione dei dispositivi LTE non è ancora iniziata. I principali organismi di certificazione (GCF [rif. 1], PTCRB [rif. 2]) stanno lavorando all'introduzione di sistemi di test di conformità per il protocollo, i fattori di riserva (RF) e la gestione delle risorse radio, con una data obiettivo fissata a dicembre 2010. Tuttavia, dato che alcuni dispositivi sono già in vendita in alcuni mercati, sorge spontanea la seguente domanda: questi dispositivi saranno in grado di superare i test di conformità una volta immessi sul mercato?
Con i dispositivi LTE di Categoria 3 in grado di supportare elevate velocità di trasmissione dati (100 Mbps in downlink, 50 Mbps in uplink), la capacità della rete di backhaul sarà sufficiente? A lungo termine, con l'aumento del numero di utenti LTE, la condivisione della larghezza di banda nella rete radio tra tutti gli utenti della cella diventerà un fattore significativo, con celle sovraffollate che non offriranno prestazioni ottimali. Inoltre, con l'aumento del numero di utenti attivi, le prestazioni delle reti cellulari di nuova generazione risentiranno di un rapporto segnale/rumore più elevato.
Con una rete dati mobile potenzialmente globale, è necessario affrontare l'aspettativa degli utenti di poter usufruire del roaming internazionale. Sebbene tecnicamente fattibile, il costo dei servizi di roaming per i consumatori deve essere preso in considerazione. Inoltre, i piani dati a tariffa fissa sono già una realtà per gli operatori, che generano ricavi offrendo volumi di dati sempre maggiori e variabili.
Poiché LTE rappresenta la tecnologia di nuova generazione per gli operatori di rete CDMA2000 (ad esempio, Verizon Wireless), è indispensabile poter utilizzare servizi dati a pacchetto 3GPP2 CDMA2000 ad alta velocità. La fusione delle topologie di rete 3GPP e 3GPP2 sull'interfaccia di rete radio LTE è uno sviluppo interessante che richiederà test accurati per garantirne il corretto funzionamento.
Mantenere i servizi voce utilizzando una rete IP in parallelo con il circuito di commutazione di rete rappresenterà una sfida per gli operatori di rete. L'accordo annunciato al Mobile World Congress del 2010 dai principali operatori di rete per la standardizzazione del VoLTE (Voice over LTE) significa che questo problema sarà presto risolto. Tuttavia, questa tecnologia, che utilizza l'IMS (IP Multimedia Subsystem) del 3GPP, non è ancora stata implementata su larga scala.
Come affrontare la sfida
: per soddisfare i rigorosi requisiti dei terminali LTE, è fondamentale suddividere la progettazione in sottosistemi e definire un piano di test che consenta di caratterizzare a fondo ogni parte del progetto prima di testare il dispositivo completo. Senza questo approccio modulare, la diagnosi dei problemi può avvenire in una fase così avanzata del programma da risultare difficile da gestire nelle fasi finali di lancio, inclusi i test sul campo e i test di conformità.
Requisiti di misurazione
Indipendentemente dal fatto che la progettazione del dispositivo parta da zero, si evolva da un progetto precedente o utilizzi l'integrazione di componenti di terze parti, è necessario eseguire diverse misurazioni delle prestazioni. Alcune di queste, come la potenza di uscita massima, il controllo della potenza e la sensibilità del ricevitore, saranno familiari dalle tecnologie precedenti, ma a causa degli schemi di trasmissione utilizzati (OFDMA in downlink, SC-FDMA in uplink), saranno necessarie nuove apparecchiature di misurazione per eseguire questi test.
Altre misurazioni sono specifiche per LTE. Con il suo sistema di trasmissione OFDMA, ad esempio, l'entità dell'errore vettoriale (EVM) per sottoportante diventa un test essenziale delle prestazioni del modulatore. Grazie alla disponibilità dello spettro televisivo analogico a 700 MHz, LTE verrà implementato a frequenze inferiori rispetto a GSM o WCDMA, con conseguenti larghezze di banda molto maggiori: 20 MHz/700 MHz = 2,8%, rispetto a 5 MHz/2100 MHz = 0,24% per i tipici dispositivi WCDMA. Ciò rappresenta una sfida per alcune architetture di modulazione, con conseguente aumento dell'EVM ai bordi di banda, pertanto è necessario prestare particolare attenzione a questo aspetto durante la fase di progettazione.
Data la natura dinamica di alcuni test, come il controllo di potenza, è necessario stabilire le condizioni di misurazione utilizzando il protocollo di segnalazione. Ciò rende essenziale che l'apparecchiatura di test includa i protocolli, simulando la stazione base Evolution Node B (ENB). Poiché queste misurazioni vengono generalmente eseguite da ingegneri (RF) piuttosto che da specialisti di protocollo, l'apparecchiatura di prova utilizzata dovrebbe essere semplice da configurare, consentendo agli ingegneri di concentrarsi sulla misurazione da effettuare.
Test del protocollo
Una delle principali sfide per il creatore del protocollo sarà garantire che vengano soddisfatti i requisiti di cambio di stato della risposta. Sebbene le specifiche LTE abbiano ridotto il numero di stati in cui un terminale può trovarsi (RRC_IDLE e RRC_CONNECTED), il tempo necessario per passare da uno stato all'altro costituirà una parte significativa del budget di latenza quando è necessario inviare dati.
In modalità RRC_IDLE, il dispositivo elettronico funzionerà il più possibile in uno stato a basso consumo energetico per garantire una lunga durata della batteria, con il ricevitore attivato periodicamente per verificare la presenza di messaggi di paging. Il dispositivo dovrebbe riattivarsi quando programmato per trasmettere dati e sincronizzare rapidamente il suo collegamento uplink.
I protocolli di test spesso richiedono un notevole impegno nella generazione di casi di test e nella creazione di protocolli, rendendo l'accesso alle strutture di test cruciale per l'efficienza. Per condurre i test con successo, è essenziale poter testare ogni sottolivello, sia a livello del piano utente che del piano di controllo. Le funzionalità del protocollo di test sono fondamentali per il tracciamento dei guasti. In genere, ciò include la registrazione della data del messaggio e la decodifica. Tuttavia, è importante che queste informazioni siano disponibili per ogni sottolivello, consentendo un tracciamento dettagliato dei flussi di messaggi di segnalazione, dalle PDU MAC ai messaggi RRC, garantendo così il rispetto dei requisiti di temporizzazione.
La possibilità di creare scenari di test per ogni livello richiede un controllo dettagliato delle apparecchiature di test, ma questo deve essere il più intuitivo possibile per evitare una curva di apprendimento ripida. La descrizione grafica del test, fornita da Scenario Wizard di Aeroflex 7100, offre il metodo più chiaro per definire nuovi test (Figura 1).
Test delle prestazioni:
una volta integrati i livelli RF, di banda base, di protocolli e di applicazione, è necessario caratterizzare completamente le prestazioni complessive del dispositivo. In questa fase, sarà necessario individuare ed eliminare i colli di bottiglia per massimizzare la velocità di trasmissione dei dati in condizioni di temperatura e tensione di alimentazione sia normali che estreme. Il consumo energetico, le caratteristiche termiche, la compatibilità elettromagnetica (EMC), le emissioni e la suscettibilità devono essere misurati in condizioni di pieno carico. Generalmente, ciò comporterà l'utilizzo di un MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 2x2 in downstream.
È necessario valutare la capacità di ottimizzare il passaggio di cella e ridurre al minimo le interruzioni dei dati, nonché la capacità di commutare tra diverse tecnologie di accesso radio mantenendo la connettività dati. Strumenti compatti, flessibili e modulari sono già disponibili presso diversi fornitori. Ad esempio, i prodotti LTE di Aeroflex soddisfano tutte le caratteristiche necessarie per caratterizzare il comportamento dei dispositivi LTE (Figura 2).
Sebbene il livello fisico LTE utilizzi un prefisso ciclico per aumentare la resistenza agli effetti del multipath, è necessario testarlo per garantirne il corretto funzionamento. Rimandare questi test alla fase di sperimentazione aumenta il rischio di sviluppo. Fortunatamente, i fornitori di apparecchiature di test offrono strumenti per simulare le condizioni di segnale reali in laboratorio, inclusi simulatori, generatori di colore e di rumore.
Un parametro importante per le prestazioni dei dispositivi LTE è la loro capacità di raggiungere e mantenere la sincronizzazione con il segnale di downlink. Il regime OFDMA dell'LTE utilizza sottoportanti distanziate di 15 kHz. Il ricevitore deve essere sintonizzato con precisione su queste portanti, anche in presenza dell'effetto Doppler. La mancanza di sincronizzazione produce interferenze tra le sottoportanti, riducendo il rapporto segnale/rumore (SNR).
Per caratterizzare il comportamento del dispositivo, la capacità di simulare lo spostamento Doppler in laboratorio è nuovamente cruciale.
Conclusione:
La prossima generazione di dispositivi mobili dovrà offrire un'esperienza di banda larga mobile che soddisfi le aspettative degli operatori di rete. I nuovi dispositivi LTE dovranno essere testati con un approccio graduale, culminante in uno scenario di test end-to-end che utilizzi condizioni di segnale reali. Garantire prestazioni costanti in tutta la cella sarà l'aspetto più impegnativo, soprattutto con l'aumento del numero di utenti nella cella e del livello di rumore del segnale.
Per testare in modo rigoroso ed efficiente i dispositivi LTE è necessaria una copertura completa: a livello RF, di protocollo e di sistema. I fornitori di apparecchiature di test offrono questa capacità con strumenti, apparecchiature e sistemi nuovi e migliorati, già disponibili sul mercato.
L'obiettivo primario dell'introduzione della tecnologia LTE è quello di ottenere un trasferimento dati ad alte prestazioni e a bassa latenza nel modo più efficiente possibile (in termini di consumo energetico e utilizzo dello spettro di radiofrequenza). Questo obiettivo potrà essere raggiunto solo attraverso test approfonditi durante le fasi di sviluppo e implementazione.
Riferimenti
1. Global Certification Forum
www.globacertificationforum.org
2. PTCRB www.ptcrb.com
