3G基站發(fā)射機性能測試與分析

　　在當(dāng)前快速發(fā)展的第三代無線通信系統(tǒng)中，為了達(dá)到更高的傳輸率需要采用高度復(fù)雜的調(diào)制系統(tǒng)，這給工程師帶來了新的挑戰(zhàn)，本文向中國測試和測量工程師簡要介紹了3G基站發(fā)射機需要測試和分析的關(guān)鍵參數(shù)及其意義。

　　在當(dāng)前快速發(fā)展的第三代無線通信系統(tǒng)較之先前的第二代無線網(wǎng)絡(luò)極大的改善了系統(tǒng)性能和服務(wù)質(zhì)量。為了達(dá)到更高的傳輸率，３Ｇ采用高度復(fù)雜的調(diào)制系統(tǒng)．各種3G基站系統(tǒng)的快速發(fā)展對WCDMA射頻部分、碼域部分性能穩(wěn)定運行提出了更高的要求，UMTS基站系統(tǒng)的維護(hù)測量日益要求測量人員進(jìn)行頻域、時域、幅度域、調(diào)制域等全方位的性能評估．這給工程師帶來了新的挑戰(zhàn)．

　　WCDMA UMTS Node B發(fā)射機的特征描述包括射頻頻譜描述和碼域解調(diào)描述兩大部分，基于這種描述的測量可以使用具有解調(diào)功能的手持式頻譜分析儀進(jìn)行。例如來自安立公司的新型手持式基站測試儀MT8220A，該款WCDMA發(fā)射機便攜測試儀不僅包括傳統(tǒng)意義上的基于信號頻譜的分析能力，也包括載波頻率、頻率誤差、占用帶寬、通道功率、峰均比、噪聲電平及鄰道干擾比(ACLR)，而且包括WCDMA發(fā)射機必須測量的調(diào)制域分析能力，包括了雜散特性測量、矢量誤差幅度(EVM)測量、載波饋通測量、主/輔公共控制物理信道(P-CCPCH/S-CCPCH)，主/輔同步信道(P-SCH/S-SCH)，尋呼指示信道(PICH)，公共導(dǎo)頻信道(CPICH)，主導(dǎo)頻信道絕對功率電平等調(diào)制域指標(biāo)。

　　圖1：碼域解調(diào)測量；

　　碼域解調(diào)測量

　　通過利用先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，安立公司成功研發(fā)了一系列小型射頻／微波器件．這允許在小巧2.9kg的重量下達(dá)到比美普通臺面式儀表的指標(biāo)與性能．基于全新高性能7.1GHz頻譜分析儀平臺,配上功能強大的WCDMA解調(diào)功能，真正實現(xiàn)在任何時間任何地點進(jìn)行測量與分析．低至-153dBm平均噪聲底電平在手持式儀表中也是遙遙領(lǐng)先．當(dāng)中也加強了儀表在測量譜輻射掩模(Spectral Emission Mask)與ACLR的性能與指標(biāo)(圖1)．

　　UMTS WCDMA發(fā)射機測試

　　MT8220A的內(nèi)置頻譜分析模式專為WCDMA基站RF測量而優(yōu)化，其射頻測量的內(nèi)容包括載波頻率、頻率誤差、占用帶寬、通道功率、峰均比、噪聲電平及ACLR。

　　ACLR測量----通常由于線性功率放大器的非線性導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生較高的ACLR，鄰道功率泄漏對信道本底噪聲有所貢獻(xiàn)。它直接降低系統(tǒng)冗余量/容量，ACLR特性將極大的影響其他站點的工作狀態(tài)和通信狀態(tài)。過高的值將給手機用戶帶來所謂的遠(yuǎn)近效應(yīng)。手持式頻譜分析儀通常內(nèi)置了信號濾波器，這種濾波器嚴(yán)格定義了ACLR測量的帶寬和形狀系數(shù)以滿足3dB帶寬嚴(yán)格等于碼片速率。通過MT8220A內(nèi)置的ACLR測量模式，用戶可以精確得到偏離載波5MHz及10MHz的精確泄漏值。

　　信號雜散測量---MT8220A同時提供WCDMA雜散測試模式，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的3GPP雜散模板，隨著信號大小的變化，模板測量將指示雜散指標(biāo)是否PASS或者FAIL，簡潔的結(jié)果顯示便于用戶識別。

　　碼域解調(diào)測量---MT8220A提供的碼域解調(diào)測試模式提供對WCDMA信號質(zhì)量的測試，該測試模式可以對P-CCPCH、S-CCPCH、P-SCH、S-SCH、PICH、CPICH、P-CPICH信道的絕對功率測量及碼道功率、EVM、載波饋通等參數(shù)的測量。在這種模式下，MT8220A解調(diào)接收到的信號并提供三種顯示模式：碼域功率顯示、碼譜顯示、調(diào)制一覽表顯示。碼域功率顯示所有選擇的OVSF碼，P-CPICH、P-SCH 和S-SCH 信道上適當(dāng)?shù)墓β孰娖綄?yōu)化網(wǎng)絡(luò)容量和質(zhì)量至關(guān)重要。只有能夠正確解調(diào)發(fā)送的信號、并在碼域中分析功率電平的測試設(shè)備，才能進(jìn)行這些功率測量。這些信號決定著小區(qū)覆蓋范圍，必須設(shè)置在適當(dāng)?shù)南薅葍?nèi)。

　　圖2：調(diào)制項目一覽表顯示。

　　碼譜圖測試---用顏色標(biāo)度顯示碼域功率，在縱軸上從底部到頂部構(gòu)建不同時間的顯示畫面，同時包括功率與碼信道的每條后續(xù)軌跡。碼譜圖顯示了具有不同數(shù)據(jù)速率和業(yè)務(wù)需求的基站的特性。通過評估碼譜圖，可以獲得與W-CDMA系統(tǒng)有關(guān)的重要診斷信息。這為檢驗和分析基站中的業(yè)務(wù)信道和信令信道的特性提供了一種有效的方式。數(shù)據(jù)速率高的信號通常迅速傳送，通過其它方式是很難觀察的。碼譜圖分析還可以跟蹤不同時間上的業(yè)務(wù)負(fù)荷，顯示呼叫量和呼叫功率。

　　空中測量模式---這三種模式用戶可以通過天線或者直接連接到NodeB的方式進(jìn)行，三種模式均可直接顯示載頻功率、頻率和通道功率，但是不是所有的基站能夠支持所有的三種模式。例如，直接連接到NodeB的測量往往只能完成對占用帶寬、ACLR、雜散特性、峰均比的測量。通過空中接口，MT8220A能夠幫助用戶自動捕捉信號最強的6組擾碼，用戶也可以通過手動方式來指定擾碼號。擾碼分析檢測每個接收的WCDMA下行信號的導(dǎo)頻功率電平，這里顯示為(Ec)。擾碼分析還檢測周圍噪聲，并使用周圍噪聲(Io)計算Ec/Io。這在WCDMA 中相當(dāng)于每個扇區(qū)的信噪比，從而可以簡便地確定該地點的覆蓋質(zhì)量。在空中測量模式中MT8220A提供的測量信息包括總功率、導(dǎo)頻功率(CPICH)、Ec/Io、Ec及導(dǎo)頻容限參數(shù)。

　　調(diào)制項目一覽表顯示

　　WCDMA網(wǎng)絡(luò)在3G領(lǐng)域中提供了重要的演進(jìn)步驟。擁有高效的診斷和測試工具對于系統(tǒng)的運行和維護(hù)顯得非常重要。這縮短了系統(tǒng)中斷時間和維護(hù)任務(wù)，及保證了客戶滿意度。傳統(tǒng)的大型專用測試儀成本太高、過于笨重、在現(xiàn)場實地應(yīng)用中使用起來過于復(fù)雜。MT8220A是專門為基站技術(shù)人員和現(xiàn)場RF工程師設(shè)計的,它率先為網(wǎng)絡(luò)運行管理人員提供了優(yōu)異的性能、可用性和價值。MT8220A提供的測試套件幫助用戶在PC上進(jìn)行測量結(jié)果的詳細(xì)分析，用戶可以方便的將測得的數(shù)據(jù)以。JPG和。DAT的方式下載到電腦上進(jìn)行基站維護(hù)報告的撰寫。

　　輕便式的外形設(shè)計給工程師提供一種隨身的工具．在面對3G測試和測量挑戰(zhàn)時，希望可以減輕工程師的負(fù)擔(dān)．

　　掌握關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)應(yīng)對3G測試面臨的挑戰(zhàn)

　　Tan Hock Leong Anritsu公司亞太地區(qū)市場經(jīng)理

　　進(jìn)入3G以后，中國工程師和海外工程師所面對的挑戰(zhàn)是一樣的?，F(xiàn)在手機追求的是達(dá)到更高的傳輸率，在GSM上比較普遍的是測量駐波比和回波損耗，沒有實際的需要來測試解調(diào)的參數(shù)。現(xiàn)在用QPSK、16QAM或8PSK調(diào)制，這些都是復(fù)雜的調(diào)制方式，因此，需要測試一些過去2G時代不需要測試的項目，例如EVM(Error Vector Magnitude)，增加了以前沒有注重那一類的參數(shù)測試。

　　當(dāng)然，有很多參數(shù)測也行，不測也行，但是，如果不測的話，有些問題可能就無法發(fā)現(xiàn)，往后可能會對整個服務(wù)的質(zhì)量造成一些影響。我們公司在10年前就推出了一系列Site Master的儀表，手持測試主要針對現(xiàn)場或外場的測試，80%以上客戶采用Site Master。

　　目前，韓國主要采用CDMA或CDMA2000，或者是EVDO的系統(tǒng)，他們也有WCDMA系統(tǒng)，所測試的項目比我在其它國家看到的要多，包括通道功率(Channel Power)、EVM、ACLR、OBW和頻譜輻射掩模(SEM,Spectrum Emission Mask)等等，因為只有通過全面測試才能發(fā)現(xiàn)一些干擾信號，才能由此對整個系統(tǒng)進(jìn)行修正。

　　目前，中國出現(xiàn)的問題是工程師本身可能并不知道需要測試什么參數(shù)？如果以2G測試的做法來做3G的測試，在服務(wù)質(zhì)量上可能會受到一些影響。半年以來，亞太地區(qū)很多工程師進(jìn)行了駐波比和回波損耗的測試之后，就進(jìn)行路測，調(diào)制參數(shù)就完全沒有測。存在這樣的問題也許是工程師不了解調(diào)制參數(shù)測試的重要性，例如EVM測試，如果調(diào)制指標(biāo)沒有達(dá)到的話，就可能造成掉話等問題。

　　具體來說，EVM是誤差向量幅度的意思，它以符號來表示數(shù)據(jù)的傳輸速率，例如簡單的ＢPSK就只有簡單的兩個符號，兩者相差180度；但是，在QPSK的時候就有四個符號，你可以想象為四點，每點相差90度，就好象一個四方形的樣子，四個角落就是符號的位置，EVM就是測試符號是否在角落上的那個位置，看偏離有多遠(yuǎn)。例如，在WCDMA下主要是BPSK和QPSK調(diào)制，在HSDPA會用到8PSK，進(jìn)一步會用到16QAM，以16個符號來代表，從而進(jìn)一步提高傳輸速率。16QAM時，一共有16個符號，EVM測量以百分比來表示符號偏離其位置的大小，它是基站測試中很重要的指標(biāo)。

　　總的看來，隨著傳輸率的提高，某些以前不需要測試的參數(shù)，現(xiàn)在需要測試了，工程師一方面須要更深地了解新的測試參數(shù)，另一方面現(xiàn)場未必有相關(guān)的測試設(shè)備，測試時間將增加50%，這是他們面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　在3G測試設(shè)備領(lǐng)域， MT8220A頻譜分析儀的頻率最高可以達(dá)到7.1GHz，在2.9Kg這個體形下，這臺頻譜儀的指標(biāo)已經(jīng)在很多方面達(dá)到臺式機的水平，底噪聲電平為-153dBm。MT8220A已經(jīng)是我們手持頻譜儀的第五代產(chǎn)品。大概在5年前，我們推出了手持頻譜儀，目前，盡管陸續(xù)有很多競爭對手推出跟我們類似的功能，但是，在現(xiàn)場測試領(lǐng)域我們還是占有領(lǐng)先地位。

　　盡管3G標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)變化，但是我們的測試設(shè)備分辨率帶寬最低為10Hz，底噪只有-153dBm，帶寬已經(jīng)做到7.1GHz，因此，能夠避免短期內(nèi)對硬件升級提出新的要求。今后，如果3G增加新的解調(diào)功能，只要軟件升級就可以了。

　　通過與競爭對手的比較，發(fā)現(xiàn)許多競爭對手并沒有譜輻射掩模這個測試項目。ACLR是在臺面儀器才能做的測試，在我們第三、第四代的頻譜分析儀還達(dá)不到這方面的性能。儀器的動態(tài)范圍或者相位噪聲的指標(biāo)如果不夠好，在測量EVM、SEM和ACLR上面就會受到影響。

　　例如ACLR的測量就要求儀表有很高的靈敏度、動態(tài)范圍和相位噪聲指標(biāo)，它測試的是鄰道功率泄露比，如果儀器的動態(tài)范圍不夠，那么噪聲可能就會看起來高一些，主要是因為底噪聲不夠低造成的。這樣一來就會影響整個測試的效果。因此，有些測試設(shè)備廠家的儀器甚至不能測試SEM。它主要測試基站發(fā)射機是否有一些雜散或干擾的信號，測試過程中會自動設(shè)置一個MASK作為門限，由它判定是否合格。

　　借助于手持儀表，工程師將不需要攜帶很大、很重的儀表到現(xiàn)場進(jìn)行測試，價格上也比臺式儀器低。未來的發(fā)展是集成更多的儀器功能，為了縮短測試時間，我們有儲存的功能，一個文檔就可以收集所有的測試參數(shù)，從而不必?fù)?dān)心現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遺漏儲存。我們的頻譜儀配置了以太網(wǎng)和USB口，通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制。

　　移動通信80%的客戶采用了我們的Site Master測試設(shè)備，主要用于維護(hù)和工程測試。今后，我們會根據(jù)客戶的要求增加新的功能，而主要是在這個高性能硬件平臺和DSP上把新的功能不斷地加上去，就會給測量工程師應(yīng)對測量挑戰(zhàn)方面提供一個好的方案。重點考慮的就是HSDPA的測試，以及其它的解調(diào)方式。

　　作者: Tan Hock Leong

　　安立公司亞太區(qū)市場經(jīng)理

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