安捷倫：克服多標準無線電基站發(fā)射機測試的挑戰(zhàn)

下一代基站發(fā)射機和接收機不僅采用單一無線制式的多載波（MC）技術(shù)，并且引入了在單一發(fā)射機路徑中的多種制式，這些對帶寬提出了更寬的要求。例如，GSM、W-CDMA 和 LTE 多載波可以同時從一個多標準無線電（MSR）基站單元進行傳輸。蜂窩網(wǎng)絡可以支持多種制式，這對于降低基站規(guī)模和成本而言十分重要。鑒于此，MSR基站將會從當前已部署的2/3G無線制式順利而穩(wěn)定地過渡到3.9G（例如 LTE）、甚至是4G（例如 LTE-Advanced）技術(shù)。這對于網(wǎng)絡運營商、服務提供商和消費者來講是一個好消息。但采用MSR多載波配置使得對MSR基站發(fā)射機進行測試更具挑戰(zhàn)。為確保MSR基站的順利部署，有必要通過一種快速、高效的途徑來應對測量挑戰(zhàn)。

新的要求

當基站支持多個無線接入技術(shù)時，3GPP第9版標準包含一系列有關(guān)MSR的文檔（3GPP TS37 第9版），并對基站一致性測試提出了要求。這些文檔覆蓋了采用3GPP頻分復用（FDD）制式（例如 LTE FDD、W-CDMA/HSPA 和 GSM/EDGE）和3GPP時分復用（TDD）制式（例如 LTE TDD 和 TD-SCDMA）的 MSR 多載波組合。接收機一致性測試類似于每個單制式的測試，而發(fā)射機一致性測試必須在 MSR 多載波分配情景下執(zhí)行。

當測試MSR多載波配置時，TS37文檔定義的射頻要求指定了通道功率測量、誤差矢量幅度的調(diào)制質(zhì)量（EVM）、頻率誤差（計算過程與 EVM 相同）、雜散發(fā)射、工作頻段殘余輻射或頻譜輻射模板（SEM）。在測試每個制式的每個載波時，要求對 ACLR、占用帶寬（OBW）及各發(fā)射機路徑之間時間同步進行測量。盡管在MSR多載波配置時對上述三種測量沒有強制要求，但一些基站制造商仍然希望進行測試。這種測試需要貼近實際應用情景，覆蓋被測基站所支持的全部制式，并可為用戶提供出色的測試效率。

執(zhí)行頻譜測量

MSR頻譜測量與單制式測試極為相似，可通過信號分析儀或頻譜分析儀（SA）的掃描分析功能，或矢量信號分析儀的快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT）分析來完成測量。掃描分析方式更加適合帶外或通道外的測量（例如雜散發(fā)射、ACLR 和 SEM），因為頻寬設置需要大于單載波測量所用的頻寬。

圖1 顯示了根據(jù)3GPP TS37.141定義的MSR一致性測試來進行測量的載波通道功率的掃描頻譜視圖。在本例中，針對MSR的測量應用軟件可掃描基于頻譜儀的 MSR 通道功率測量，測量非常簡單?；蛘撸部墒謩优渲妙l譜儀的分辨率帶寬（例如 100 kHz）進行掃描，帶寬需要足夠窄才可以區(qū)分GSM載波，同時可為每個感興趣的載波添加一系列頻帶功率游標。

圖1. 使用在X系列信號分析儀上運行的Agilent N9083A MSR測量應用軟件來執(zhí)行多載波通道功率測量。MSR被測信號是3GPP 測試配置4c（TC4c）的一個示例，假設基站發(fā)射機的射頻帶寬為25 MHz。它包括總計6個GMSK/8PSK的載波（在射頻帶寬的最低和最高頻偏上各有3個載波）、2個W-CDMA載波和1個LTE FDD 10-MHz載波。

數(shù)字調(diào)制質(zhì)量的測量

在評測信號調(diào)制質(zhì)量時，例如MSR多載波配置中每個載波的EVM，測試工程師考慮的主要方面是如何在MSR基站射頻端口所支持的寬帶寬內(nèi)一次性采集所有可用的有效載波。記住，該規(guī)范沒有強制要求借助具有寬帶采集前端的分析儀同時捕獲所有的有效載波。

對于發(fā)射機一致性測試，使用被測器件的任意重復碼型波形（例如各種測試模式）來進行測量。3GPP TS37.141 MSR基站一致性測試標準定義了幾個用于測試配置的MSR多載波分配碼型。因此，即便是不使用寬帶前端硬件來同時捕獲所有可用的MSR多載波，發(fā)射機一致性測試也可借助傳統(tǒng)的信號采集方法來完成。

本質(zhì)上講，測試工程師捕獲每個單載波并逐個進行調(diào)制質(zhì)量測量，隨后使用恰當?shù)恼杉斎霂捛岸藖聿东@每個單載波。第二步，工程師將頻率轉(zhuǎn)換為第二個載波，捕獲并測量EVM，以此類推。這種方法不需要通過昂貴的寬帶前端硬件一次性覆蓋所有的載波，也不需要在捕獲寬帶信號之后使用大型波形采樣計算 EVM，因而被工程師視為簡單易用、經(jīng)濟高效的方法。目前最寬的蜂窩載波帶寬是LTE 的 20-MHz 帶寬。但LTE-Advanced 又會如何呢？根據(jù) LTE 第 10 版規(guī)定，LTE-Advanced將支持高達100-MHz的系統(tǒng)帶寬。由于LTE-Advanced支持載波聚合，每個元器件載波都具有高達20-MHz的帶寬。用戶需要花費額外的時間和精力逐個轉(zhuǎn)換每個載波測量，但所花費的時間和精力將完全取決于測試儀/分析儀設備或外部控制程序中的連續(xù)捕獲和解調(diào)計算過程/算法。如果選擇“快速本振和載波間模式轉(zhuǎn)換”，那么它在測試速率方面的劣勢會很不明顯。

使用寬帶寬分析儀硬件對全部感興趣的有效載波進行同時捕獲的成本要高于窄帶寬硬件，但它對MSR無線器件中的瞬時事件進行驗證和故障診斷（例如功能設計驗證和實際系統(tǒng)操作測試）非常有效（圖 2）。從已采集的寬帶波形中取出每個載波，分別對其進行EVM測量。捕獲采樣結(jié)果包括所有的同時存在的有效載波。

圖 2. 該圖比較了使用窄帶寬硬件對每個載波進行連續(xù)采集（左側(cè)）和使用寬帶寬硬件對全部載波進行同時采集（右側(cè)），以用于調(diào)制分析。

無論采用寬帶寬還是窄帶寬硬件分析儀方法，都要求使用恰當?shù)慕邮諜C濾波器對每個感興趣的載波進行過濾。濾波器能夠抑制相鄰載波功率干擾，從而使分析儀在多載波條件下對每個載波都能達到很好的同步和調(diào)制穩(wěn)定性。以W-CDMA（或TD-SCDMA）載波為例，標準規(guī)范明確定義了接收機濾波器形狀，濾波器為3.84MHz（TD-SCDMA為1.28 MHz）、滾降因子為0.22的根升余弦濾波器。對于GMSK和LTE等制式，不存在如此明確的規(guī)范。相反，可能需要為滾降因子變化幅度較大的分析儀添加一個相鄰載波抑制濾波器（即便會影響調(diào)制質(zhì)量）。

總結(jié)

在對MSR多載波基站發(fā)射機器件進行頻譜和功率測量時，頻譜掃描的方法仍然適用。它同樣可用于每個載波發(fā)射機器件的測量。在分析 MSR多載波配置下每個載波的調(diào)制質(zhì)量時，可采用兩種方法。第一種方法，使用窄帶寬硬件前端連續(xù)采集每個載波。該方法假設 MSR 被測信號是一個任意重復測試模式信號，具有簡單和低成本的優(yōu)點。第二種方法，使用寬帶寬硬件前端同時采集所有的載波。該方法能夠真正同時捕獲所有的載波，以便對瞬時事件進行故障診斷，缺點在于成本高昂。每種方法的總測試效率取決于測試序列算法的設計或編程方式。

作者簡介

Moto Itagaki 是安捷倫科技公司蜂窩和無線信號分析領(lǐng)域的高級應用產(chǎn)品策劃。他擁有超過 15 年的無線技術(shù)經(jīng)驗，最初擔任安捷倫移動通信測試的研發(fā)工程師。作為產(chǎn)品策劃，Itagaki 推動了GSM/EDGE、W-CDMA/HSPA、IS95、cdma2000、1xEV-DO、802.16-OFDMA、LTE 和MSR測試應用軟件的發(fā)展。Itagaki常駐日本神戶辦事處，持有日本東北大學的電子和通信工程碩士學位。