Antes de examinar algunas de las cuestiones técnicas relacionadas con el diseño de equipos de usuario (UE), una visión más amplia revela otros peligros potenciales:

 

-    En el momento de escribir este artículo, la certificación de los dispositivos LTE aún no ha comenzado. Los principales organismos de certificación (GCF [ref.1], PTCRB [ref.2]) están trabajando para introducir sistemas de pruebas de conformidad para el protocolo, factores de reserva (RF) y gestión de los recursos de radio, teniendo como fecha objetivo diciembre de 2010. Sin embargo, con los dispositivos ya a la venta en algunos mercados, esto nos lleva a la siguiente pregunta: ¿estos dispositivos podrán pasar las pruebas de conformidad una vez que se han introducido en los mercados?

-    Con los dispositivos de categoría 3 LTE capaces de soportar altas velocidades de datos (100 Mbps en el enlace descendente, ascendente 50Mbps), ¿será la capacidad de las redes de retorno suficiente? A largo plazo, mientras aumenta el número de usuarios LTE, compartir la banda ancha en la red de radio entre todos los usuarios en la celda se convertirá en un factor significativo con celdas super pobladas que no funcionan tan bien. Además, al aumentar el número de usuarios activos, el rendimiento celular de última generación sufrirá debido a una relación señal-ruido superior.

-    Con una red móvil de datos potencialmente mundial, la expectativa de roaming global para los usuarios debe ser abordada. Si bien es técnicamente posible, es necesario abordar el costo de los servicios roaming para los consumidores. Por otra parte, las tarifas planas para datos son ya una realidad en para los operadores, obteniendo unos ingresos por proporcionar un volumen de datos variable y con seguridad cada vez mayor.

-    Siendo LTE la opción tecnológica de nueva generación para operadores de redes CDMA2000 (por ejemplo, Verizon Wireless), trabajar con servicios 3GPP2 CDMA2000 de paquetes de datos a alta velocidad es un requisito. La fusión de las topologías de red 3GPP y 3GPP2 en la interfaz de red de radio LTE es un desarrollo interesante que requerirá cuidadosos ensayos para asegurar que funcione como se espera.

-    El mantenimiento de los servicios de voz utilizando una red IP en paralelo con el circuito de conmutación de redes será un reto para los operadores de red. El acuerdo anunciado en el Mobile World Congress de 2010 por los principales operadores de redes para estandarizar  VoLTE (voz sobre LTE) significa que proximamente se abordará esta cuestión. Sin embargo, esta tecnología, que utiliza IMS 3GPP (IP Multimedia Subsystem) todavía tiene que ser desplegada a gran escala.

Cómo enfrentar el desafío
Para satisfacer los exigentes requisitos de los terminales LTE, es esencial dividir el diseño en subsistemas y construir un plan de ensayos que permita a cada parte del diseño ser caracterizada a fondo antes de probar el dispositivo completo. Sin este enfoque modular, el diagnóstico de los problemas puede ocurrir tan tarde en el programa, que se haga difícil de gestionar en las fases de lanzamiento final, incluidos los ensayos de campo y pruebas de conformidad.

Necesidades de medición
Independientemente de si el diseño del dispositivo se inicia desde cero, evoluciona a partir de un diseño anterior, o que utiliza la integración de componentes de terceros, diversas medidas de rendimiento necesitan llevarse a cabo. Algunas de ellas como la máxima potencia de salida, el control de potencia, y la sensibilidad del receptor, estarán familiarizadas con tecnologías anteriores, pero debido a los esquemas de transmisión utilizados (OFDMA en el enlace descendente, SC-FDMA en el enlace ascendente), nuevos equipos de medición serán necesarios para realizar estos ensayos.

Otras medidas son específicas para LTE. Con su sistema de transmisión de OFDMA, por ejemplo, la magnitud del error del vector (EVM) por sub-portadora se convierte en un ensayo esencial de la actuación del modulador. Con la disponibilidad del espectro de TV analógica a 700 MHz, LTE será desplegado en frecuencias más bajas que GSM o WCDMA, dando lugar a anchos de banda mucho más amplios: 20 MHz/700 MHz = 2,8%, frente al 5 MHz/2100 MHz = 0,24% para los dispositivos WCDMA típicos. Este hecho plantea un reto con algunas arquitecturas de modulado, que resultará en un mayor EVM en los bordes de banda, por lo que debe prestarse especial atención en la etapa de diseño.
Debido a la naturaleza dinámica de algunos ensayos, tales como el control de potencia, es necesario establecer las condiciones de medida mediante el protocolo de señalización. Esto hace que sea esencial para el equipo de ensayo incluir los protocolos, simulando la estación base de evolución Nodo B (ENB). Dado que estas medidas son generalmente realizadas por los ingenieros de (RF) en lugar de especialistas en protocolo, el equipo de ensayo utilizado debe ser sencillo de configurar, permitiendo a los ingenieros centrarse en la medición efectuada.

Protocolo de Pruebas
Uno de los principales desafíos para el creador de los protocolos será garantizar que los requisitos de cambio de estado de respuesta se cumplen. Aunque las especificaciones LTE han reducido el número de estados en los que un terminal puede estar RRC_IDLE y RRC_CONNECTED, el tiempo que se tarda en cambiar de una a la otra será una parte importante del presupuesto de latencia cuando se necesite enviar los datos.

En el modo RRC_IDLE, el dispositivo electrónico estará lo máximo posible en un estado de bajo consumo de energía para garantizar la larga duración de la batería, con el receptor activado periódicamente para comprobar si hay mensajes de paginación. El dispositivo debe despertar cuando esté programado para transmisión de datos y rápidamente sincronizar su enlace ascendente.

El protocolo de ensayos a menudo implica emplear tanto esfuerzo en la generación de casos de ensayo como en la creación de protocolos, por lo que el acceso a las instalaciones de ensayo amplía su eficiencia y es vital. Con el fin de ser capaz de realizar el ensayo, es importante ser capaz de probar cada sub-capa, tanto en el plano de usuario como en el de control. Las características de los protocolos de ensayo son esenciales cuando se producen fallos en el seguimiento. Normalmente, esto incluiría mensaje con fecha del registro y decodificación. Pero es importante que esto esté disponible para cada sub-capa, proporcionando la capacidad de rastrear a través de los flujos de mensajes de señalización en detalle, de MAC PDU hasta mensajes de RRC, garantizando así que se cumplen los requisitos de tiempo.

La capacidad de crear escenarios de ensayo para cada capa requiere un control detallado de los equipos de ensayo, pero esto debe ser tan fácil de usar como sea posible para evitar una dolorosa curva de aprendizaje. La descripción gráfica del ensayo, tal como lo proporciona Aeroflex 7100 Scenario Wizard, ofrece el método más claro para definir nuevos ensayos (Figura 1).

Testeo de los rendimientos
Una vez que el RF, banda base, los protocolos, y la capa de aplicación han sido integrados, el rendimiento global del dispositivo debe ser totalmente caracterizable. Durante esta etapa, será necesario localizar y eliminar los cuellos de botella para maximizar el rendimiento de datos, tanto en condiciones normales y extremas de temperatura como en tensión de alimentación. El consumo de energía, características térmicas, compatibilidad electromagnética (EMC), las emisiones, y la susceptibilidad deben ser medidos en condiciones de plena carga. Generalmente, esto implicará el uso 2x2 descendente multiple-input multiple-output (MIMO).

La capacidad para perfeccionar el paso entre las células y reducir al mínimo la interrupción de los datos  debe evaluarse, al igual que la capacidad para pasar entre diferentes tecnologías de acceso de radio, manteniendo la conexión de datos. Instrumentos compactos, flexibles y modulares ya están disponibles por múltiples proveedores. Por ejemplo, los productos LTE de Aeroflex cumplen con todas las características necesarias para caracterizar el comportamiento de los dispositivos LTE (Figura 2).
Aunque la capa física LTE utiliza un prefijo cíclico para añadir resistencia a los efectos multipath, debe ser probado para asegurar su correcto funcionamiento. Dejando estas pruebas hasta la fase de ensayo se añade riesgo en el desarrollo. Afortunadamente, los proveedores de equipos de ensayo dan facilidades para que se simulen las condiciones del mundo real de la señal en el laboratorio, con una función de simuladores, la decoloración y generadores de ruido.

Un parámetro importante de la actuación de un dispositivo LTE será su capacidad para lograr y mantener la sincronización con la señal de enlace descendente. El régimen OFDMA de LTE  utiliza sub portadoras  espaciadas a intervalos de 15 kHz. El receptor debe estar precisamente en sintonía con las portadoras, incluso bajo el efecto de Doppler. La falta de sincronización produce interferencias entre sub portadoras reduciendo el SNR.
Para caracterizar el comportamiento del dispositivo, la capacidad de simular desplazamiento Doppler en el laboratorio es de nuevo fundamental.

Conclusión
La próxima generación de dispositivos móviles tendrá que proporcionar una experiencia de banda ancha móvil que coincida con las esperanzas y expectativas de los operadores de red. Será necesario someter a prueba nuevos dispositivos LTE utilizando un enfoque de capa por capa, hasta llegar a un escenario de ensayo de extremo a extremo que utilice las condiciones de señal reales. Garanti-zar que el rendimiento se mantiene a lo largo de la celda será el reto más difícil, sobre todo porque el número de usuarios en la célula crece y con ello el nivel de ruido de señal.

El ensayo riguroso y eficiente de los dispositivos LTE requiere una cobertura completa de los ensayos: RF, protocolos y nivel del sistema. Los vendedores de equipos de ensayo están ofreciendo esta capacidad con instrumentos nuevos y mejorados, equipos de prueba, y sistemas ya disponibles.

El logro de transferencia de datos de alto rendimiento y baja latencia de la manera más eficiente posible (en términos de consumo de energía y de uso de espectro de radiofrecuencia) es el principal objetivo de la introducción de la tecnología LTE. Sólo a través de varias pruebas en el de-sarrollo y en las fases de despliegue de este objetivo se logrará.

Referencias
1.    Foro Global de Certificación
www.globacertificationforum.org
2.    PTCRB www.ptcrb.com

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