TD-SCDMA直放站時域切換特性測試分析

0 前言

TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，時分同步碼分多址）技術(shù)是國際電聯(lián)ITU正式發(fā)布的第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)之一，其關(guān)鍵技術(shù)有可調(diào)整上下行切換點的時分雙工、智能天線、聯(lián)合檢測、接力切換、動態(tài)信道分配等。TD-SCDMA的優(yōu)勢突出表現(xiàn)在系統(tǒng)抗干擾和系統(tǒng)容量之間得到了很好的均衡、對混合業(yè)務(wù)的高效支持、系統(tǒng)自身有良好的持續(xù)發(fā)展和技術(shù)演進能力。

直放站是移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，是網(wǎng)絡(luò)擴容和優(yōu)化的主要對象。直放站也是解決室內(nèi)覆蓋的重要設(shè)備。在TD-SCDMA系統(tǒng)中正確合理地使用好直放站，能提高網(wǎng)絡(luò)利用率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運維成本，提高網(wǎng)絡(luò)性能。隨著TD-SCDMA規(guī)模試驗網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，TD-SCDMA直放站的重要性得到了直觀的體現(xiàn)。它可以增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使施主基站的覆蓋得到延伸，也能增加空閑基站的話務(wù)負荷，或是分?jǐn)偡泵镜脑拕?wù)量起到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的作用。

1 TD-SCDMA直放站的時域特性

TD-SCDMA直放站目前工作頻率是2010MHz～2025 MHz，信號的碼片速率為1.28MHz/s，擴頻帶寬或信道間隔為1.6MHz，調(diào)制方式為QPSK/8PSK，接入技術(shù)為DS-CDMA/TDMA，采用不需配對頻率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一載頻的不同時隙上進行傳送的，因此時域切換指標(biāo)的測試至關(guān)重要。

TD-SCDMA的物理信道采用四層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)幀、無線幀、子幀和時隙/碼。圖1為TD-SCDMA的物理信道信號格式。

圖1 TD-SCDMA的物理信道信號格式

TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)將10ms的無線幀分成兩個5ms的子幀，每個子幀中有7個常規(guī)時隙（TS0～TS6，每個時隙長度為864碼片，占675μs）和3個特殊時隙。三個特殊時隙分別為下行導(dǎo)頻時隙DwPTS（長度為96碼片，占75μs）、主保護時隙GP（長度為96碼片，占75μs）和上行導(dǎo)頻時隙UpPTS（長度為160碼片，占125μs）。在7個常規(guī)時隙中TS0總是固定用作下行時隙來發(fā)送系統(tǒng)廣播信息，是廣播信道P-CCPCH獨自占用的時隙，而TS1總是固定用作上行時隙，其他的常規(guī)時隙可以根據(jù)需要靈活配置成上行或下行，以實現(xiàn)上、下行不對稱業(yè)務(wù)的傳輸，上下行的轉(zhuǎn)換由一個轉(zhuǎn)換點（Switch Point）分開。

每個5ms的子幀有兩個轉(zhuǎn)換點（下行鏈路DL到上行鏈路UL和UL到DL），第一個轉(zhuǎn)換點固定在TS0結(jié)束處，位置在DwPTS和UpPTS之間的GP；而第二個轉(zhuǎn)換點則取決于小區(qū)的上下行時隙配置，位置在每個子幀中最后一個上行時隙和第二個下行時隙之間（見圖1）。其中，第一個轉(zhuǎn)換點相對于每個子幀的開始時間是固定的；第二個轉(zhuǎn)換點隨著分配給上下行的時隙數(shù)不同而變化。

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，上行鏈路信號和下行鏈路信號處于同一頻率，通過時分復(fù)用的方式區(qū)分上行和下行，而且根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需要，還可以靈活配置上下行時隙來改變功率開關(guān)切換點，以滿足上、下行非對稱業(yè)務(wù)的需求。這對TD-SCDMA直放站設(shè)備的上、下行同步提出了很高的要求。TD-SCDMA直放站需要獲取兩個轉(zhuǎn)換點位置信息，完成對射頻信道的上下行切換，使時分方式下的收發(fā)同步切換控制。因此，在TD-SCDMA直放站所有指標(biāo)測試中，時域切換測試是最困難的。

2 切換特性測試指標(biāo)

下面基于相關(guān)國標(biāo)中TD-SCDMA直放站設(shè)備技術(shù)要求的切換同步功能時域部分的測試進行分析。

(1)直放站上下行開關(guān)打開時間的提前量和關(guān)閉時間的滯后量應(yīng)大于2μs，如圖2所示；

圖2 切換特性測試指標(biāo)要求

(2)上下行開關(guān)轉(zhuǎn)換點落在TD-SCDMA幀中相應(yīng)的上下行轉(zhuǎn)換點的間隔不得小于3μs；

(3)功率開關(guān)上升沿和下降沿在低于-70dBm 起始點90%功率之內(nèi)小于2μs；

(4)功率開關(guān)時間抖動偏差不得偏離1μs；

(5)時隙調(diào)節(jié)功能要求時隙調(diào)整偏差為675±0.5μs；

(6)功放開關(guān)同步控制功能：同步信號丟失后(包括GPS)，功率同步開關(guān)應(yīng)能保持持續(xù)時間5s～60s，在保持時間內(nèi)滿足功率開關(guān)時間偏差不得偏離±1μs，持續(xù)5至60s后上下行功放應(yīng)自動關(guān)閉。

3 切換特性測試方法分析

以無線直放站為例，本文介紹并分析兩種TD-SCDMA切換特性測試方法。

3.1 方法一

圖3 測試方法一的連接結(jié)構(gòu)

測試方法一的連接圖如圖3所示，其具體過程如下所述。

⑴用TD-SCDMA信號源1單獨產(chǎn)生下行時隙信號，并與連續(xù)波CW信號源1合路后輸出；用TD-SCDMA信號源2單獨產(chǎn)生上行時隙信號，并與CW信號源2合路后輸出；為了對信號源的保護，合路后的信號一般經(jīng)過30dB衰減器后經(jīng)環(huán)行器接入直放站。

⑵輸入直放站的信號采用TD-SCDMA信號和CW信號的合路信號，目的是為了準(zhǔn)確地看出直放站的開關(guān)切換時間和上下行打開的時間提前量和關(guān)閉的時間滯后量。

⑶對于直放站輸出經(jīng)環(huán)行器后的信號也要接30dB或40dB衰減器，確保直放站的收發(fā)隔離度大于增益10dB，避免產(chǎn)生自激。

⑷10MHz同步信號是儀器本身產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)參考源，由頻譜儀(10MHz OUT)輸出分別輸入另兩臺信號源(10MHz IN)，互連可以防止幀結(jié)構(gòu)的抖動，確保測試精度小于0.1μs。

⑸由外部提供的低頻觸發(fā)信號同時連接三臺儀器的外觸發(fā)輸入是為了產(chǎn)生的上下行TD-SCDMA格式信號能同步，在頻譜儀上的顯示掃描也能同步。這樣才能準(zhǔn)確地測出各個指標(biāo)的時間誤差。

以Agilent公司的E4438C矢量信號源和E4440A頻譜儀為例，這種方法的測試流程為：

⑴將TD-SCDMA信號發(fā)生器1和TD-SCDMA信號發(fā)生器2產(chǎn)生有上下行規(guī)定時延的測試模式1信號，觸發(fā)方式設(shè)為外部觸發(fā)，并將信號電平設(shè)置在直放站啟動靈敏度電平以上。

⑵開啟CW信號發(fā)生器1和CW信號發(fā)生器2，調(diào)整其輸出電平低于TD-SCDMA 信號電平20dB。

⑶將直放站設(shè)置為正常工作模式下，直放站增益為最小。

⑷設(shè)置頻譜儀掃寬為0Hz（Span=0）、RBW=3MHz、SweepTime=2ms、觸發(fā)方式設(shè)為外觸發(fā)輸入。

⑸設(shè)置頻譜儀的觸發(fā)延時（TrigDelay=-750μs）,并減小掃描時間（SweepTime），即可放大GP值，然后再局部放大，分別精確讀出功率切換開關(guān)的關(guān)閉滯后量、轉(zhuǎn)換間隔、開啟提前量及切換抖動，如圖4所示。

圖4 頻譜分析儀上相關(guān)數(shù)據(jù)

⑹加大頻譜儀掃描時間值，調(diào)節(jié)TD-SCDMA信號發(fā)生器產(chǎn)生模式1信號的時隙配置，即3:3、4:2、5:1，頻譜儀測試并計算時隙調(diào)整偏差。

⑺開關(guān)TD-SCDMA信號源或GPS接收機，觀察功放開關(guān)同步控制功能。

⑻對第二切換點時域切換特性測試，要根據(jù)上下行時隙配置比，計算增加頻譜儀的觸發(fā)延時值，即可顯示第二切換點的時域圖，第二切換點的保護時隙GP長度為16碼片（占12.5μs），測試方法同上。

測試不同類型的直放站，衰減器要根據(jù)上下行最大輸出功率略作調(diào)整，以保證輸出信噪比和上下行隔離度足夠好。如干放或光纖站上行發(fā)射功率很小，在連接圖（圖3）中左側(cè)的兩個衰減器可去掉。輸出功率衰減調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)暮蠊汗β侍髸龤x表，太小會使信號矢量幅度誤差（EVM）值變差（即信噪比變差）。

3.2 方法二

另一種測試方法用一個TD-SCDMA信號源產(chǎn)生上下行所有時隙信號，由于上下行輸出功率的不對稱，一般發(fā)生上行時隙的功率要比下行時隙的信號功率小，由TD-SCDMA信號源EVENT1輸出觸發(fā)頻譜儀EXT TRIGGER INPUT來進行，如圖5所示。

圖5 測試方法二的連接結(jié)構(gòu)

3.3 兩種方法的比較

測試方法一的主要優(yōu)點有：上下行輸入功率可以分別靈活調(diào)節(jié)，在進行各項指標(biāo)測試時比較方便，且不需考慮直放站的信號輸入端的隔離，在測試過程中只需考慮直放站的信號輸出端的隔離度。其缺點在于信號源較多，還需要外部觸發(fā)源，提高了測試成本。如果缺少外部觸發(fā)源，也可用TD-SCDMA信號源1的EVENT1輸出觸發(fā)TD-SCDMA信號源2和頻譜儀，但需要補償TD-SCDMA信號源2的啟動時延（需要單獨用頻譜儀先校準(zhǔn)，E4438C約4μs）。

測試方法二的主要缺點有：在改變信號源功率時，上下行時隙功率會同時改變而不能單獨控制，而且在測試過程中必須考慮直放站的信號輸入端和信號輸出端兩個回路的隔離度，確保直放站在最大增益時不自激。其優(yōu)點在于少用了兩臺測試信號源，而且不需考慮產(chǎn)生上下行時隙的同步問題，一定程度上降低了測試成本。

4 結(jié)束語

利用本文所述的兩種方法，我們可以通過帶TD-SCDMA功能的矢量信號源和連續(xù)波信號源，利用高精度頻譜儀，在時域上清晰地觀察和分析TD-SCDMA信號的幀結(jié)構(gòu)、各時隙狀態(tài)及上下行切換特性，優(yōu)化TD-SCDMA直放站產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)流程，便于更好地開展相關(guān)產(chǎn)品的入網(wǎng)或型號核準(zhǔn)測試。