采用新型通信分析儀縮短W-CDMA信號的觀測時間

W-CDMA信號的“超級幀”持續(xù)時間為720毫秒，傳統(tǒng)的掃頻分析儀需要多次采集才能將不同頻段的數(shù)據(jù)積累起來進行測量，要觀測一個完整的W-CDMA呼叫進程相當(dāng)費時費力。本文介紹的新型通信分析儀具備獨特的觸發(fā)方式、多域顯示功能、深長的數(shù)據(jù)采樣和存儲能力以及一鍵式標準轉(zhuǎn)換功能，解決了無線測量工程師在縮短測量時間、降低成本和提高生產(chǎn)率等問題上面臨的挑戰(zhàn)。

新一代W-CDMA測試和測量工具的出現(xiàn)，為工程師解決3G標準帶來的問題提供了新的測量手段，在這些工具當(dāng)中有：信號發(fā)生器、解調(diào)器和頻譜分析儀。新一代解決方案的一個重要特點是其強調(diào)成本有效性。工具是當(dāng)作個人臺式儀表來使用的，而不是研發(fā)實驗室里共享的資源，這就能夠把更多的儀器交到更多工程師手中，從而支持有效的并行開發(fā)過程。本文中我們將沿著一個測試流程來看一個設(shè)計人員是怎樣應(yīng)用頻譜分析儀來調(diào)試和驗證W-CDMA手機。

在做好一個新樣品時，工程師把手機放到一種連接到擔(dān)當(dāng)基站的傳輸/接收源的測試架上。具有數(shù)字解調(diào)功能的頻譜分析儀(在某些情況下是兩個頻譜分析儀)介于模擬基站和手機之間。測試開始時，該儀器應(yīng)具備如下功能：

1、采集、監(jiān)測和觸發(fā)開始呼叫引起的握手(手機)信號；

2、同步采集上行和下行數(shù)據(jù)流；

3、捕捉W-CDMA呼叫設(shè)置程序；

4、協(xié)助工程師解釋頻域、時域、代碼域和調(diào)制域。

模擬基站扮演RF鏈路上承載呼叫數(shù)據(jù)的“公認良好”的發(fā)射機和接收機。該測試過程的關(guān)鍵工具是頻譜分析儀，如果配備有合適的功能，它就能協(xié)助工程師實現(xiàn)快速測量和分析。

檢測PRACH信號

物理隨機存取通道(PRACH)信號是手機發(fā)出的請求識別信號。它告訴基站手機在試圖建立鏈接。PRACH信號在時間上隨機出現(xiàn)，測量工程師要想在頻譜分析儀上設(shè)定一個觸發(fā)點以期捕捉PRACH信號是不切實際的。除非該信號確實有明顯的頻率和振幅特征讓儀器檢測出來--如果測試平臺允許測量工程師對頻率和振幅特征進行編程的話。

目前，一種新的稱作頻率掩模觸發(fā)(frequency mask trigger)的頻譜儀功能就能解決上述問題，這種特別觸發(fā)功能建立一個獨立的、具有頻率和幅度分界線的檢查“視窗”，如圖1所示。

你可將選定頻段范圍內(nèi)的振幅大小設(shè)置為低(或高)于圍繞被選定頻段的其它頻段內(nèi)的振幅大小。只有穿透“掩模區(qū)域”的峰值才能觸發(fā)儀器，不能穿透“掩模區(qū)域”的信號則被排除掉，因此，采用頻率掩模觸發(fā)功能就可以檢測PRACH信號，并采集手機和基站之間的RF通信量。

在上述步驟中，PRACH信號觸發(fā)監(jiān)測手機上行傳輸?shù)念l譜分析儀。一旦該觸發(fā)被儀器，就容易將同一觸發(fā)信號輸送到正在監(jiān)測下行信號的第二個頻譜分析儀。用這兩個分析儀就能同時觀測手機和基站之間所有的交互作用。這樣可以減少測量步驟，保證測量與時間的相關(guān)性，縮短測量時間。

捕捉W-CDMA信號的過程

W-CDMA信號時隙是666.7毫秒；全序列(“超級幀”)持續(xù)時間為720毫秒。不幸的是，傳統(tǒng)的(掃頻)分析儀一次只能檢測和捕捉持續(xù)時間為若干毫秒的信號和數(shù)據(jù)。大多數(shù)頻譜分析儀首先捕捉窄頻帶內(nèi)的振幅信息，然后，通過將測量通道依此調(diào)整到連續(xù)遞增的其它頻段，可以將不同頻段的數(shù)據(jù)積累起來。測量結(jié)果顯示了對各個窄頻段順序采集之后得到的總的測量結(jié)果。采用這種技術(shù)，不可能在一次掃描中采集一個完整的W-CDMA呼叫設(shè)置過程；即使能，采集過程也很慢。

幸運的是，目前已經(jīng)可以找到能在5MHz跨度捕捉10秒數(shù)據(jù)的通信分析儀器，并且在一次采集中能夠無縫地覆蓋整個頻率范圍。10秒時間間隔足以捕捉一系列完整的W-CDMA超級幀和大量的前后觸發(fā)時間，這樣，評價一次捕捉下來的幾個超級幀，要比觀測該序列的若干孤立部分，要更快和更方便。觀測數(shù)據(jù)包括整個呼叫建立過程的好處在于，你可以觀測預(yù)定發(fā)生的事件，它是協(xié)議內(nèi)容的一部分，也可以觀測突發(fā)事件，兩者都能夠從呼叫進程中被觀測到。

相對大多數(shù)分析儀而言，長采集的存儲深度要深得多，否則無法存儲數(shù)據(jù)。新一代通信分析儀具有256Mb的快速RAM存儲器，足以在5MHz的跨度內(nèi)支持10秒的捕捉，或在更窄的跨度內(nèi)支持更長的捕捉。

深存儲捕捉能力的價值在于：由于儀器只要一次測量就完成了數(shù)據(jù)采集，它比常規(guī)分析儀完成一次測量所需要的時間短得多。一旦數(shù)據(jù)被存儲起來，測量工程師無須重新捕捉信號，就能對感興趣的部分進行放大和測量。在做上百個測試時，這項功能可以大幅度縮短開發(fā)時間。

為了滿足現(xiàn)有和將要出現(xiàn)的標準的要求，在通信分析儀中可以預(yù)先寫入自動化測試程序。這些程序進一步提高了測量工程師的生產(chǎn)率，將測試人員從復(fù)雜的測試設(shè)置和儀器操作中解放出來。其中許多自動化程序只要按一個鍵就能進行深奧的RF測量和代碼域分析。

信號分析

上面我們討論了采集傳輸信息的過程，分析數(shù)據(jù)最有效的工具是頻譜圖，它可以明了地觀測W-CDMA信號并分析更多詳細的信息。

頻譜圖包含三維信息：頻率(X 軸)、時間(Y軸)和功率。功率軸以彩色表示。信號偏差(如果存在的話)以縫隙、瞬態(tài)特性和色彩(功率)的變化來表示。頻譜圖揭示了W-CDMA和其它擴譜信號。圖2是PRACH引導(dǎo)符和PRACH消息部分的實際頻譜圖。頻譜圖匯集了關(guān)于信號的大量數(shù)據(jù)，分析儀將采集到的數(shù)據(jù)記錄下來，使測試工程師能夠放大和分析感興趣的那部分信號。

如上所述，長采集包含了豐富的時間和頻率特性信息，由它可以生成頻譜圖中任何區(qū)域的星座、時間與振幅，頻率與振幅、相位域，代碼域功率和調(diào)制精度的顯示圖。有些分析儀可使用這個數(shù)據(jù)來形成一個多域視圖，通過它們來說明呼叫進程的整個過程。

在多域視圖上，時間、頻率和解調(diào)數(shù)據(jù)都與時間相關(guān)。這就是說，多域視圖上一個窗中選定的點，相當(dāng)于其它格式中時域顯示的同一片段。例如，把光標指向頻譜圖，就能在其它任何一個窗口中觀測到調(diào)制精度(誤差矢量的幅度)或者屬于同一時刻的星座圖。圖3所示為典型的多域視圖。

利用存儲在分析儀中詳細的頻點數(shù)據(jù)，可以前后層疊的顯示方式，像動態(tài)的“瀑布”那樣顯示多條頻率與振幅軌跡(圖4)。這就容易觀測瞬態(tài)和振幅變化，特別是當(dāng)頻譜分析儀連續(xù)更新瀑布的時候。盡管有些掃頻頻譜分析儀能形成瀑布狀的圖形，它們還是受制于其“單步”采集功能，其圖形是靜態(tài)圖。

最后，編碼圖顯示功能是當(dāng)今一些領(lǐng)先的分析儀節(jié)省測量時間的有效手段。這種顯示方式給出了代碼時隙和碼分多址技術(shù)(如W-CDMA)的功率。測量工程師看一眼就能描繪出代碼的上行或下行特征。