La norma UTRA (Acceso Radioeléctrico Terrestre de UMTS) original se basa en W-CDMA y ha experimentado continuas mejoras para incluir HSPA (Acceso a Paquetes a Alta Velocidad).
La versión 8 de las normas 3GPP incluye mejoras de HSPA, así como de E-UTRA, que también se denomina LTE (Evolución a Largo Plazo), interfaz aérea completamente nueva basada en tecnología OFDM. LTE ofrece velocidades de transmisión de datos más altas, latencia más baja, una red
simplificada que se basa íntegramente en IP y eficiencia espectral mejorada, y promete proporcionar numerosos beneficios a usuarios y
operadores. Para que esta norma desarrolle todo su potencial, sin embargo, es necesario hacer frente una serie de desafíos de diseño. Afortunadamente, se están desarrollando nuevos equipos de prueba que prometen ayudar a superar muchos de estos desafíos. Por Sandy Fraser,
Agilent Technologies



Desafíos planteados
LTE es en la actualidad mucho más que un concepto y se está trabajando mucho para concluir la versión 8 de la norma UMTS (véase la Figura 1). A pesar de estos progresos, quizá uno de los mayores retos que plantea el diseño y la comprobación de los primeros equipos de usuario sea el gran número de opciones de despliegue que brinda LTE. Dar cabida a tantas opciones exige disponer pronto de equipos de prueba específicos de LTE. Estas soluciones pueden emplearse para atender una serie de necesidades específicas de las pruebas, a saber:

Banda base
El rendimiento de los dispositivos HSPA actuales requiere una gran potencia de procesamiento en un formato de dispositivo móvil. Los prototipos de dispositivo HSPA disponibles actualmente experimentan dificultades para suministrar estas altas velocidades de transmisión de datos si no están conectados a un adaptador de la red eléctrica. LTE, cuyo objetivo es alcanzar velocidades de transmisión de datos considerablemente superiores, supondrá un mayor desafío para el diseño de plataformas.
Se necesita una enorme potencia de procesamiento para conseguir las velocidades de transmisión de LTE, en particular en la banda base, donde se realiza todo el procesamiento de señales y gestión de errores. Por tanto, es probable que los diseños de banda base se modelen utilizando simulación de PC tanto en el equipo de usuario como en la red. También es probable que se emule una reducción de velocidad en los prototipos de hardware.

Radiofrecuencia
La norma 3GPP TR 36.803 define once bandas emparejadas de duplexión por división de frecuencia (FDD) y seis bandas de duplexión por división en el tiempo (TDD). Estas bandas también se definen para GSM y UMTS. Hasta la fecha no hay ningún espectro específico asignado a LTE. ¿Coexistirá LTE en las mismas bandas con los sistemas W-CDMA y GSM o se reasignarán bandas completas para la norma? Por ahora, lo único seguro es que la situación del espectro de LTE es incierta. Desgraciada-mente, el número de combinaciones complica el trabajo necesario para los estudios de coexistencia, así como para los requisitos y las pruebas resultantes. Igualmente, la falta de una única banda LTE definida complica el desarrollo inicial en comparación con la introducción de bandas únicas para GSM y UMTS (W-CDMA).
Aunque se mantiene la incertidumbre sobre las bandas de LTE, la situación está más clara en relación con la interfaz aérea subyacente. En el momento en que los dispositivos móviles LTE requieran pruebas de radiofrecuencia, se habrá avanzado considerablemente en WiMAX, una tecnología que comparte un enlace descendente de multiplexado por división en frecuencia ortogonal (OFDM) muy similar. Sin embargo, el enlace ascendente de LTE difiere un tanto de WiMAX, ya que utiliza un acceso múltiple por división de frecuencia en portadora única (SC-FDMA) para reducir la relación de potencia media a pico (PAPR). Esta diferencia plantea necesidades de prueba muy específicas para LTE. Por ejemplo, deberán desarrollarse pruebas basadas en los requisitos del transmisor TR 36.803 para permitir la eliminación de muchas perturbaciones típicas de RF, incluidos desequilibrios de I/Q, no linealidades de PA, ruido de fase del oscilador y jitter de temporización en el muestreo y la mezcla de IF/RF.
Otro nuevo desafío al que deben hacer frente los equipos de usuario LTE es cómo gestionar sus ocho anchos de banda de canal diferentes, que oscilan entre 1,4 y 20 MHz. Esta flexibilidad ofrece un amplio conjunto de posibilidades en el despliegue. Sin embargo, también plantea desafíos acerca de cómo especificar los requisitos de entrada y salida de canal, el número de permutaciones de prueba y aspectos operativos relacionados con la gestión de recursos radioeléctricos (por ejemplo, selección/reselección de células y traspaso).
Una de las consecuencias del ancho de banda variable del canal de LTE y del hecho de que suela asignarse al equipo de usuario un subconjunto de bloques de recursos disponibles en el canal es que se hace necesario definir límites a la energía que un equipo de usuario puede transmitir en bloques de recursos no usados. La definición y los requisitos de esta prueba dentro del canal siguen en estudio, pero el gráfico del analizador vectorial de señales de la Figura 2 muestra el principio. En efecto, la distorsión de la señal de OFDM produce una imagen de ruido reflejada.
Otros dos desafíos importantes están relacionados con la capa 2 de LTE. Se trata del cifrado de cantidades significativas de datos en el Protocolo de Convergencia de Datos en Paquetes (PDCP) y el tiempo de entrega del Control de Acceso al Medio (MAC), de 2 ms, es decir, seis veces más rápido que para HSDPA. Por tanto, será necesario realizar pruebas de esfuerzo con grandes caudales para detectar problemas en estas dos áreas clave.

Comprobación del dispositivo completo
En la actualidad no es posible diseñar soluciones de prueba para dispositivos completos, como emuladores de estaciones base con pilas de protocolos en tiempo real o soluciones basadas en scripts de procedimientos, sin un grado significativo de aportación propietaria que cubra las lagunas que presentan las especificaciones. Las primeras soluciones estarán disponibles en un plazo de seis a doce meses, pero requerirán modificaciones hasta que concluyan las especificaciones. A diferencia de las generaciones anteriores de normas radioeléctricas, está previsto que las pruebas de cumplimiento de las especificaciones LTE estén disponibles en 2008, mucho antes que el servicio comercial. Esto debe ayudar a aliviar los problemas de interoperabilidad que suelen afectar a nuevos lanzamientos tecnológicos y supone que los proveedores de equipos de pruebas deberán suministrar cobertura de pruebas mucho antes de lo normal. También obligará a realizar un solapamiento con el desarrollo final de las soluciones de prueba existentes para tecnologías como HSPA+, EDGE Evolution y WiMAX.
Disponer pronto de especificaciones de pruebas de cumplimiento ayudará en algunas de las pruebas básicas y garantizará la interoperabilidad, pero al igual que las pruebas de cumplimiento actuales, no serán suficientes para garantizar una experiencia perfecta para el cliente. Por tanto, se necesitarán comprobaciones y verificaciones mucho más funcionales para someter los equipos de usuario a las pruebas de esfuerzo adecuadas.

Conseguir velocidades máximas de transmisión de datos elevadas
LTE pretende proporcionar una elevada velocidad máxima de transmisión de datos: 50 Mbps en enlace ascendente y 100 Mbps en el descendente para una única antena, subiendo hasta más de 170 Mbps. Estas cifras representan el límite superior para el diseño del sistema. Las cifras prácticas se compensarán a medida que se definan las prestaciones de los equipos de usuario. Sin embargo, incluso a velocidades significativamente más bajas habrá que superar muchos desafíos de diseño y prueba.
Para conseguir las velocidades máximas de transmisión de datos de LTE será necesario emplear tecnología de múltiples entradas y salidas (MIMO). Se definirán objetivos de rendimiento MIMO para condiciones de canal específicas y, si bien se seleccionarán cuidadosamente, no serán representativas de las condiciones reales. El rendimiento real dependerá en gran medida del rendimiento de antenas no especificadas, de aspectos de polarización, de pérdidas en cuerpo y cabezal y de distintos modos de uso mecánico, así como de las condiciones dinámicas del canal real. El rendimiento de las antenas se ve afectado además por la necesidad de dar soporte a múltiples bandas de frecuencia. Con tantas variables, no es realista especificar un rendimiento “a través del aire” que garantice una experiencia satisfactoria del usuario. Si bien las pruebas de cumplimiento de especificaciones del receptor MIMO serán sencillas, actualmente disponemos de poca información sobre la correlación que se establecerá entre esta sencilla forma de prueba y las condiciones reales. Las pruebas de rendimiento MIMO en condiciones reales podrán realizarse en su debido momento con una visita a la red LTE local. Sin embargo, será un reto mucho mayor proporcionar emulación real y repetible para I+D inicial empleando equipos de prueba.

Conclusión
Como sucede con cualquier tecnología nueva, los desafíos de diseño que presenta LTE parecen significativos. Sin embargo, la historia demuestra en perspectiva que estos desafíos no suelen ser tan complejos como parecen a primera vista. Hace 15 años, por ejemplo, los diseñadores trabajaban con mucha menos potencia de computación y con menos herramientas de diseño y simulación y equipos de prueba para contribuir a la aparición de GSM como protagonista destacado en este ámbito. Ahora parece algo sencillo en comparación con las tecnologías que le siguieron. Es muy probable que ocurra lo mismo con LTE.
Las exclusivas “Soluciones Conectadas” de Agilent para LTE combinan la gama de equipos de generación y análisis de señales de Agilent (por ejemplo, los generadores vectoriales de señales ESG y MXG, el analizador de señales MXA de Agilent y el analizador de espectros de la Serie PSA) con el entorno de simulación Sistema de Diseño Avanzado (ADS) y su biblioteca inalámbrica LTE para crear una solución de prueba completa para ingenieros de I+D que trabajen en el ámbito emergente de LTE. Estas soluciones de prueba son sólo el comienzo del diseño y la verificación de LTE, con desarrollo de protocolos, pruebas de cumplimiento de protocolos y soluciones de emulación de red que están por aparecer. LTE puede plantear muchos desafíos, pero con soluciones potentes y de desarrollo rápido de equipos de prueba será posible dar una respuesta a dichos desafíos.