隨著LTE Release 12 的發(fā)布，3GPP組織 面對(duì)著加強(qiáng) LTE 規(guī)范以支持重要通訊系統(tǒng)所需功能的挑戰(zhàn)。目前最需要制定的的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：包括 LTE 設(shè)備到設(shè)備 (D2D) 直通近距離服務(wù) (ProSe) 和適用于 LTE 的群組呼叫系統(tǒng)發(fā)起功能 (GCSE)。這兩種功能一定程度上增加了該標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性，包括新信號(hào)類型，這些信號(hào)會(huì)影響手機(jī)功率放大器的性能和設(shè)計(jì)。

由于這些信號(hào)的峰均比 (PAPR) 高于標(biāo)準(zhǔn) LTE 上行鏈路信號(hào)（例如 PUCCH、PUSCH 和 DMRS）的該值，因此設(shè)計(jì)功率放大器的公司應(yīng)驗(yàn)證其產(chǎn)品是否仍然符合該標(biāo)準(zhǔn)，并且開(kāi)發(fā)新的數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 算法和包絡(luò)跟蹤 (ET) 的Shaping映射表。本文旨在探討設(shè)備到設(shè)備通信的基本原理、新引進(jìn)的同步信號(hào)及其特性，以及如何確保功率放大器在規(guī)范范圍內(nèi)仍然能正常工作。

LTE D2D PROSE 的工作原理

LTE D2D ProSe 旨在讓鄰近的設(shè)備能夠檢測(cè)到彼此并直接進(jìn)行通信。為此，需要定義兩種標(biāo)準(zhǔn)。第一，直接發(fā)現(xiàn)功能，可讓設(shè)備根據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的授權(quán)和配置，發(fā)布或監(jiān)控相關(guān)信息。第二，直接通信功能，可讓兩臺(tái)或以上設(shè)備建立群組通信。第二種功能僅針對(duì)非商業(yè)性公共安全應(yīng)用。

在將以上兩種功能集成到該標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，3GPP（LTE/LTE-Advanced 下的標(biāo)準(zhǔn)組織）定義了三種不同的覆蓋場(chǎng)景：“全部在網(wǎng)”：兩臺(tái)設(shè)備由一個(gè) LTE 基站服務(wù)；“部分在網(wǎng)”：只有一臺(tái)設(shè)備由基站服務(wù)，另一臺(tái)則為“不在網(wǎng)”；“全部不在網(wǎng)”：兩臺(tái)設(shè)備均不在基站的范圍內(nèi)。這三種場(chǎng)景為直接發(fā)現(xiàn)和直接通信功能的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。

圖 1 直接通信的同步流程圖

第一個(gè)挑戰(zhàn)是定義設(shè)備可以進(jìn)行傳輸和接收的時(shí)間和使用的資源。3GPP 作出了一項(xiàng)根本性決定， LTE D2D ProSe盡可能復(fù)用當(dāng)前的 LTE 上行鏈路結(jié)構(gòu)。這意味著，底層空中接口方案為單載波頻分復(fù)用 (SC-FDMA)，并且使用基于 FDD 系統(tǒng)的上行頻率和 TD-LTE 的上行子幀進(jìn)行傳輸和接收。

直接發(fā)現(xiàn)和直接通信功能的傳輸和接收資源池，分別由兩個(gè)新引入的系統(tǒng)信息塊 (SIB)（類型 18 和 19）進(jìn)行廣播?！安辉诰W(wǎng)”的設(shè)備應(yīng)使用存儲(chǔ)在該設(shè)備中的 UICC 卡上或在設(shè)備上進(jìn)行硬編碼的相關(guān)參數(shù)。

LTE D2D PROSE 中的同步

對(duì)于所有場(chǎng)景（全在網(wǎng)、部分在網(wǎng)，或全部不在網(wǎng)）來(lái)說(shuō)，通信的先決條件是傳輸設(shè)備和接收設(shè)備必須時(shí)間同步。在標(biāo)準(zhǔn) LTE 中，同步操作通常基于同步信號(hào)建立，而該同步信號(hào)則嵌入到由 LTE 基站提供的下行鏈路信號(hào)中。為此，業(yè)界設(shè)計(jì)了兩種信號(hào)：主要同步信號(hào) (PSS) 和輔助同步信號(hào) (SSS)。這些信號(hào)每 5 ms 傳輸一次，每 10 ms 無(wú)線幀傳輸兩次。借助這些信號(hào)，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了幀同步并識(shí)別出服務(wù)小區(qū)的物理小區(qū)號(hào) (PCI)。該小區(qū)號(hào)用于確定參考信號(hào)的映射，從而使設(shè)備在時(shí)頻上實(shí)現(xiàn)完全同步。

很顯然，“全部不在網(wǎng)”場(chǎng)景中并不涉及任何基站。因此，不存在能夠與設(shè)備同步的信號(hào)。在這種情況下，其中一臺(tái)設(shè)備應(yīng)承擔(dān)基站的角色，為其他設(shè)備提供同步信號(hào)。此外，在“全在網(wǎng)”場(chǎng)景，尤其是“部分在網(wǎng)”場(chǎng)景中，設(shè)備有必要傳輸同步信號(hào)，即便該設(shè)備已在覆蓋范圍內(nèi)。因此，3GPP 定義了一種分步（Step by step）方法，在這種方法中，設(shè)備需要確定是否要傳輸新定義的同步信號(hào)，稱為 sidelink 同步信號(hào)(SLSS)。圖 1 展示了直接通信功能的相關(guān)流程圖。對(duì)于直接發(fā)現(xiàn)功能，設(shè)備僅會(huì)傳輸 SLSS。

設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)建立的是被動(dòng) (RRC_IDLE) 連接還是主動(dòng) (RRC_CONNECTED) 連接將起到?jīng)Q定性作用。在后一種情況下，網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)發(fā)送信令消息來(lái)通知設(shè)備開(kāi)始傳輸 SLSS 和新引入的物理 sidelink 廣播信道 (PSBCH)。在空閑模式下，設(shè)備應(yīng)先對(duì)下行鏈路參考信號(hào)（參考信號(hào)接收功率，RSRP）執(zhí)行質(zhì)量測(cè)量，以確定設(shè)備自身是否屬于“在網(wǎng)”狀態(tài)。如果測(cè)量結(jié)果超出一定的閾值，則表明該設(shè)備使用的是基站提供的同步信號(hào)。否則，該設(shè)備應(yīng)開(kāi)始傳輸 SLSS 和 PSBCH。該閾值可進(jìn)行配置并通過(guò)系統(tǒng)信息提供給設(shè)備。

當(dāng) RSRP 測(cè)量值低于設(shè)備上預(yù)先配置的另一個(gè)閾值時(shí)，終端會(huì)認(rèn)為自己屬于“不在網(wǎng)”狀態(tài)并開(kāi)始尋找其他設(shè)備發(fā)出的 SLSS。如果終端檢測(cè)到這些類型的信號(hào)，設(shè)備就必須執(zhí)行新定義的質(zhì)量測(cè)量，稱為 sidelink 參考信號(hào)接收功率(S-RSRP)測(cè)量。這些測(cè)量將在嵌入到同步子幀的解調(diào)參考信號(hào) (DMRS) 上執(zhí)行（參見(jiàn)圖 2）。如果測(cè)量結(jié)果超出預(yù)先配置的上限值，終端將同步到該設(shè)備發(fā)出的 SLSS；否則，終端將變成所謂的“同步源”并開(kāi)始自行傳輸 SLSS 和 PSBCH。

圖 2 針對(duì)常規(guī)循環(huán)前綴的直接通信的同步子幀

SLSS 和子幀映射的架構(gòu)

與下行鏈路同步信號(hào)架構(gòu)類似，SLSS 由兩個(gè)序列組成：主 sidelink 同步信號(hào) (PSSS) 和輔助sidelink 同步信號(hào) (SSSS)。后者與下行鏈路中使用的輔助同步信號(hào)相同。此外，PSSS 和下行鏈路中的 PSS 類似，基于恒幅零自相關(guān)碼 (CAZAC) 序列，尤其是Zadoff-Chu 序列。

但是，出于 LTE D2D ProSe 的目的，引入了兩個(gè)新的根指數(shù)（root Index）：26 和 37。因此，PSSS由兩個(gè)不同的序列定義，而傳統(tǒng) LTE 的下行鏈路中則有三個(gè)序列。與下行鏈路中的 PCI 類似，PSSS 和SSSS 用于定義所謂的 sidelink 標(biāo)識(shí)(NSL 或 SLSSID),其范圍從 0 到 335。可能的 NSL 數(shù)字被劃分為兩組，其中 0 - 167 用于“在網(wǎng)”情況，而 168 - 335 用于“不在網(wǎng)”情況。在后一種情況中，使用根指數(shù) 37 來(lái)生成 PSSS；而在所有其他情況中，使用的是根指數(shù) 26。這樣，使用這些 SLSS 作為參考信號(hào)的設(shè)備可以同步其接收機(jī)，以確定信號(hào)發(fā)出設(shè)備（即同步源或參考 UE）自身是在在網(wǎng)還是不在網(wǎng)。

同樣地，在下行鏈路中，SLSS 被映射到載頻周圍的 6 個(gè)內(nèi)部資源塊RB中。與下行鏈路同步信號(hào)類似，SLSS 在 72 個(gè)可用子載波中占據(jù) 62 個(gè)。在常規(guī)循環(huán)前綴CP的情況中，PSSS 占據(jù) SC-FDMA 符號(hào) #1 和 #2，而 SSSS 則映射到符號(hào) #11 和 #12。符號(hào) #3 和 #10 承載著上述解調(diào)參考信號(hào) (DMRS)。最后一個(gè)符號(hào)則用作保護(hù)符號(hào)。而剩余的符號(hào)則由物理 sidelink 廣播信道使用。圖 2 直觀地展示了描述的子幀映射。

終端以子幀 0 和 5 傳輸 SLSS 和 PSBCH，由高層提供的SFN系統(tǒng)幀號(hào) (SFN) 決定其在哪個(gè)無(wú)線幀（Radio Frame開(kāi)始發(fā)送。SLSS 和 PSBCH 的周期為 40 ms，以節(jié)約電池電量。

這些新定義信號(hào)由相關(guān)設(shè)備發(fā)出、放大和傳輸，而這些設(shè)備會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的任務(wù)，或者根據(jù)圖 1 所示的流程圖傳輸這些信號(hào)。其中特別有趣的要數(shù) SSSS。由圖 3 所示的仿真結(jié)果來(lái)看， SSSS 的 峰均比PAPR 和立方度量 cubic m (CM) 會(huì)隨著潛在 sidelink 標(biāo)識(shí)發(fā)生巨大變化。

信號(hào)峰均比挑戰(zhàn)

如圖 3 所示，在網(wǎng)和不在網(wǎng)場(chǎng)景中都存在 SSSS 的 PAPR 值超出 10.5dB 并且信號(hào)的 CM 值高達(dá) 13 dB 的情況。當(dāng) SC-FDMA 和SSS共存的時(shí)侯也是如此；SC-FDMA 的引入旨在克服多載波方案（例如 OFDM）的不利特性。高 PAPR 和 CM 值對(duì)組件制造商，尤其是手機(jī)功率放大器制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)峻的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

此時(shí)，3GPP 尚未確克服此挑戰(zhàn)的方法。目前只有兩種選擇：第一，將 SSSS 的功率回退最多 4 dB，同時(shí)以最大功率進(jìn)行傳輸。該值正在 3GPP 的相關(guān)工作組 RAN 4 和 5 中進(jìn)行討論。第二，限制 PAPR 和 CM 較高的可能值。

然而，3GPP 目前還無(wú)法預(yù)見(jiàn)。因此，這還是由使用 SLSSID 部署 LTE D2D ProSe、直接發(fā)現(xiàn)和/或直接通信功能的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商決定。根據(jù)覆蓋狀態(tài)（在網(wǎng)或不在網(wǎng)），標(biāo)識(shí)池可能會(huì)作為廣播系統(tǒng)信息的一部分提供給設(shè)備。此時(shí)，運(yùn)營(yíng)商會(huì)對(duì)所選的 SLSSID 產(chǎn)生影響。但是，不在網(wǎng)狀態(tài)中會(huì)存在不同的情況。這關(guān)系到終端是否會(huì)同步到發(fā)出 SLSS 且在覆蓋范圍內(nèi)的設(shè)備，或者相關(guān)設(shè)備是否不會(huì)同步到另一個(gè)終端。

對(duì)于后一種情況，該設(shè)備會(huì)從適用于不在網(wǎng)的 SLSSID 集（168 到 335）中隨機(jī)選擇一個(gè)標(biāo)識(shí)。這意味著終端可能選擇一個(gè) SLSSID，從而導(dǎo)致 SSSS 的 PAPR 和 CM 值較高。比方說(shuō)，此類 SLSSID 可以是 288（與圖 3 相比）。圖 4 展示了 CCDF，用于確定包含所有相關(guān)信號(hào)（PSBCH、PSSS、DMRS 和 SSSS）的同步子幀的 PAPR，這些信號(hào)共同組成 SLSSID 288。此統(tǒng)計(jì)測(cè)量使用了信號(hào)分析儀。

PA 考慮因素

這些新信號(hào)向設(shè)計(jì)和制造現(xiàn)代手機(jī)和平板電腦組件，尤其是手機(jī)功率放大器的公司，提出了新的挑戰(zhàn)性任務(wù)。這些公司需要使用充足的測(cè)試工具來(lái)測(cè)試和驗(yàn)證當(dāng)前和未來(lái)的產(chǎn)品是否仍然能夠滿足該標(biāo)準(zhǔn)的要求（例如誤差矢量幅度 (EVM)、鄰道泄漏功率比 (ACLR) 或頻譜發(fā)射模板(SEM)），并同時(shí)傳輸具備較高 PAPR 和 CM 的信號(hào)。

當(dāng) 3GPP 還在討論這組新信號(hào)的測(cè)量方法和測(cè)試容限時(shí)，設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)開(kāi)始驗(yàn)證目前開(kāi)發(fā)的 DPD 模型和 ET 算法是否仍然適用于現(xiàn)有產(chǎn)品或開(kāi)發(fā)中產(chǎn)品上的這些信號(hào)。現(xiàn)代手機(jī)和平板電腦中的功放模塊逐步引入了DPD和ET技術(shù)，用以延長(zhǎng)電池壽命并降低功耗。

這兩種技術(shù)同樣適用于D2D設(shè)備。DPD 和 ET 測(cè)量方案的是信號(hào)分析儀和矢量信號(hào)發(fā)生器。該方案和所需的軟件選件如圖 5所示。

圖 5 針對(duì)使用羅德與施瓦茨 SMW200A 矢量信號(hào)發(fā)生器（左）和 FSW 信號(hào)和頻譜分析儀（右）的 DPD 和 ET 的測(cè)試設(shè)置

在此項(xiàng)方案中，信號(hào)發(fā)生器向所測(cè)試功率放大器的 RF 輸入提供波形。該波形可以是由儀器上的 LTE選件發(fā)出的符合標(biāo)準(zhǔn)的 LTE 信號(hào)，也可以是由仿真軟件工具計(jì)算的任意波形。信號(hào)發(fā)生器通過(guò) LAN 連接到信號(hào)分析儀，從而將兩種參考信號(hào)綁定在一起。要進(jìn)行測(cè)量，信號(hào)分析儀需要得到參考的理想波形。為此，該方案通過(guò) LAN 接口進(jìn)行連接，這樣，信號(hào)和頻譜分析儀就可以從信號(hào)發(fā)生器中讀取理想波形并將其作為參考波形存儲(chǔ)在本地。

圖 6 展示了一種任意波形信號(hào)經(jīng)過(guò)功放以后，在信號(hào)分析儀的功率放大器測(cè)量軟件中的各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果，其SLSSID為288。圖片的右下角展示了 AM/AM 和 AM/PM 曲線。這兩種方法可用于表征功率放大器的非線性特性。

圖 6 任意波形，其中該信號(hào)在 FSW-K18 功率放大器測(cè)量選項(xiàng)中表示 SLSSID = 288。右下方的顯示器中展示了 AM/AM 和 AM/PM 變頻。

隨后，信號(hào)分析儀開(kāi)始測(cè)量功率放大器的輸出信號(hào)，將其與參考波形進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算失真。根據(jù)測(cè)量的失真和參數(shù)設(shè)置，信號(hào)分析儀的功率放大器測(cè)量軟件將計(jì)算傳回到信號(hào)發(fā)生器的預(yù)失真模型。信號(hào)發(fā)生器將自動(dòng)計(jì)算的預(yù)失真模型，加載到原始信號(hào)上，隨后，信號(hào)分析儀將實(shí)時(shí)測(cè)量效果。

3GPP Release 12 的發(fā)布增添了一組功能，用于加強(qiáng) LTE 以支持重要和應(yīng)急通信的功能，例如直接模式（直接發(fā)現(xiàn)、直接通信）和群組通信。這些功能，尤其是不在網(wǎng)場(chǎng)景下的直接通信功能，需要一組充當(dāng)同步源的手機(jī)，定期傳輸?shù)男峦叫盘?hào)。由于這些信號(hào)的 PAPR 和 CM 值高于如今通用的 LTE 上行鏈路信號(hào)的相關(guān)值，因此它們對(duì)手機(jī)功率放大器提出了新的挑戰(zhàn)功率放大器設(shè)計(jì)工程師需要驗(yàn)證和確認(rèn)當(dāng)前和未來(lái)的產(chǎn)品是否仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且后期衍生的 DPD 和 ET 模型是否仍具功能性。