數(shù)字無線系統(tǒng)的測(cè)試和測(cè)量范例

隨著業(yè)界向2.5G和3G系統(tǒng)的升級(jí)，今天功率放大器設(shè)計(jì)人員面監(jiān)新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。建議采用的混合系統(tǒng)使服務(wù)供應(yīng)商可以在支持現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的情況下平滑地過渡到3G系統(tǒng)。這種結(jié)合多載波和多系統(tǒng)可用來降低系統(tǒng)成本、適應(yīng)數(shù)據(jù)服務(wù)的要求并擴(kuò)展市場(chǎng)覆蓋面。

下一代無線電

軟件定義的無線電（SDR）是能夠推動(dòng)這變化的技術(shù)。在多載波和多調(diào)制方案情況下，放大器設(shè)計(jì)人員在測(cè)試性能時(shí)遇到了更多難題。這同時(shí)也要求在測(cè)試和測(cè)量中采用新的架構(gòu)。

要在3G系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)軟件定義的無線電方案，設(shè)計(jì)者必須先在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)放大器性能進(jìn)行先在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)放大器性能進(jìn)行徹底的測(cè)試。為有效地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須采用最新的模塊化測(cè)試和測(cè)量配置。本文討論的模塊化解決方案充分利用了高線性度數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）、GB級(jí)固體存儲(chǔ)器和寬帶射頻（RF）上/下變頻器的優(yōu)點(diǎn)。因此，在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)測(cè)試中都可以提供非常真實(shí)的測(cè)試條件。采用這些新的測(cè)試方法，可以全面地仿真實(shí)際的累積分布函數(shù)（CCDF）；產(chǎn)生多載波和多標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；提供頻譜非常純的信號(hào)?？梢詫?duì)新的數(shù)字線性化技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，從而驗(yàn)證用來提高功率放大器件能的新算法的有效性。業(yè)界采用這些新的放大器設(shè)計(jì)就需要更復(fù)雜的具有模塊化結(jié)構(gòu)的信號(hào)測(cè)試設(shè)備。

放大器測(cè)試

過去，功率放大器的測(cè)量通常采用基于同相和正交（IQ）調(diào)制器的信號(hào)發(fā)生器。此類儀器最初是針對(duì)產(chǎn)生單載波而優(yōu)化的，為了滿足目前多載波測(cè)量的需求進(jìn)行了擴(kuò)展。特點(diǎn)是采用雙D/A轉(zhuǎn)換器的模擬IQ調(diào)制電路和波型存儲(chǔ)器。其功能對(duì)單標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的情況是足夠。但此類發(fā)生器（參見圖1）具有內(nèi)在的限制，也正是這種限制促使基部設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)而采用軟件定義的無線電概念進(jìn)行基站的設(shè)計(jì)。

IQ結(jié)構(gòu)對(duì)I和Q基帶部分、相位偏移幅度定義的不均衡以及DC偏置所引起的信道失衡問題很敏感。當(dāng)多載波頻譜相對(duì)于射頻載不對(duì)稱時(shí)，IQ結(jié)構(gòu)變得更難優(yōu)化。信號(hào)容易漂移，需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，因此需要操作員不停地反復(fù)調(diào)節(jié)。所有這些失衡問題都會(huì)對(duì)輸出產(chǎn)生干擾，并使得相鄰載波功率（ACP）測(cè)量不能達(dá)到最佳狀態(tài)。而對(duì)功率放大器測(cè)試來說，調(diào)節(jié)相鄰載波功率比（ACPR）性能達(dá)到最佳是非常重要的。

測(cè)試平臺(tái)

采用軟件定義的無線電概念作為矢量信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，可以消除目前基于IQ的發(fā)生器具有的許多缺點(diǎn)。這一概念采用了單個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)中頻（IF）至射頻（RF）上變頻鏈（參見圖2）。它模仿了最新的基站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在D/A轉(zhuǎn)換器后增加GB字節(jié)級(jí)的存儲(chǔ)器可以使測(cè)試信號(hào)的發(fā)生具幾乎無限的靈活性。從而具有生成多載/多標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的能力，以及記錄和回放實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的頻譜記錄。這種硬件與直觀的“矢量信號(hào)仿真”軟件相結(jié)合，使測(cè)試工程師和產(chǎn)品開發(fā)人員可以得到所需要的無限的多載波/多標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)組合。矢量信號(hào)仿真軟件使設(shè)計(jì)者可以發(fā)出與設(shè)備供應(yīng)商的調(diào)制方案不同的專用算法和和客戶化調(diào)制方案。為了進(jìn)行重要的CCDF統(tǒng)計(jì)測(cè)量，需要產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的仿真信號(hào)。可以生成多載波/多標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)用于測(cè)試最新的2G、2.5G、3G基站配置的放大器性能。

在目前基于I/Q的測(cè)試平臺(tái)中，本地振蕩（LO）載波頻率的抑制主要依賴于I/Q調(diào)制器的保真度。在這種設(shè)計(jì)，需要苛刻的相位/幅度匹配和直流抑制，才能保證性能優(yōu)化。

因此這種設(shè)計(jì)對(duì)漂多敏感，導(dǎo)致的頻譜和星座失衡會(huì)嚴(yán)重地限制測(cè)試結(jié)果的質(zhì)量。這種漂移與部件內(nèi)在的統(tǒng)計(jì)變化直接相關(guān)。

與此相反，基于數(shù)字IF的測(cè)試平臺(tái)則利用RF帶通濾波器，并通過優(yōu)化選擇IF和LO輸入間的頻率偏移來抑制RF載波。基于數(shù)字IF的測(cè)試平臺(tái)消除了由于I/Q漂移（相位、幅度以及直流偏移）引起的失衡。通過D/A過程產(chǎn)生基本頻率來達(dá)到最高的性能。然后對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行上變頻從而保持高保真度的輸出。采用新結(jié)構(gòu)的平臺(tái)性能比目前設(shè)備至少提高10dB。這一平臺(tái)提供了無與倫比的保真度，同時(shí)還具有足夠的測(cè)試靈活性、模塊化結(jié)構(gòu)以及高純度的信號(hào)。基于數(shù)字IF的測(cè)試平臺(tái)概念與目前的用于新設(shè)計(jì)的基站結(jié)構(gòu)相匹配。

應(yīng)用前景

矢量信號(hào)發(fā)生器擴(kuò)展為完全數(shù)字化無線收發(fā)結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成一個(gè)模塊化的端到端測(cè)試裝置，為測(cè)試仿真提供發(fā)射和接收的雙向通道。這一測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)了多域測(cè)試功能，可以仿真和產(chǎn)生無線設(shè)備中的數(shù)字、模擬和射頻信號(hào)。在這一硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過增加面向應(yīng)用的軟件，還可以提供對(duì)邏輯、時(shí)間、頻譜、調(diào)制和編碼域的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)應(yīng)用還可以從這一新結(jié)構(gòu)獲得“測(cè)試設(shè)備級(jí)”水平的無線收發(fā)功能的復(fù)制能力。

雙向測(cè)試功能

具有同時(shí)模仿發(fā)送和接收通路能力的單臺(tái)測(cè)試儀器、使無線電收發(fā)器、數(shù)字信號(hào)處理器和放大器設(shè)計(jì)人員可以并行工作而不是串行工作。對(duì)構(gòu)成無線通信基礎(chǔ)設(shè)施各層子系統(tǒng)來說，必須在組合件、模塊和器件水平上進(jìn)行安全的測(cè)試。并行的測(cè)試工作使設(shè)計(jì)分析和接口問題可以在設(shè)計(jì)過程的早期浮現(xiàn)出來，這意味著產(chǎn)品上市時(shí)間明顯改善。圖3示出一個(gè)典型的基站。通過模塊化的接口，任何單個(gè)輸入或輸出都可以通過軟件加以控制，從而用單個(gè)儀器即可實(shí)現(xiàn)典型的或特殊的測(cè)試組合。傳統(tǒng)上，這需要七種獨(dú)立的設(shè)備：模式發(fā)生器、邏輯狀態(tài)分析儀、任意波型發(fā)生器、深度存儲(chǔ)數(shù)字示波器、信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制分析器和頻譜分析儀。所有些儀器都可以用無線測(cè)試的數(shù)字化無線收發(fā)結(jié)構(gòu)來取代。

采用這一模塊化數(shù)字無線收發(fā)方法進(jìn)行無線測(cè)試時(shí)，通過測(cè)試設(shè)備模仿數(shù)字中頻發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)流，DSP設(shè)計(jì)人員可以測(cè)試其代碼和硬件。無線設(shè)計(jì)人員則可則同時(shí)模仿信道處理器和無線收發(fā)輸入，從而可以對(duì)射頻模塊獨(dú)立地進(jìn)行驗(yàn)證。通過模仿多載波/多標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)輸出，功率放大器設(shè)計(jì)人員可以測(cè)試他的設(shè)計(jì)。這些測(cè)試信號(hào)仿真了建立中的3G系統(tǒng)的寬帶頻譜。

集成的優(yōu)勢(shì)

將許多分立的測(cè)試設(shè)備合并成為一個(gè)前所未有的集成度的儀器是值得歡迎的。目前迫切需要高度集成的儀器來滿足無線業(yè)界的特殊要求。在同一個(gè)儀器內(nèi)同時(shí)仿真發(fā)送和接收通道是無線測(cè)試和測(cè)量的新范例。目前，此類剛剛出現(xiàn)的工具。將成為未來業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。