淺談第三代移動電話的測試技術

      隨著第三代移動通信網(wǎng)絡的逐步成熟，３Ｇ已經(jīng)由最初的概念化標準發(fā)展成了觸手可及的現(xiàn)實產(chǎn)物，讓人們能在任何時候、任何地點都能隨心所欲地享受通信的樂趣。與以往不同的是，由于網(wǎng)絡帶寬的大幅提高，第三代移動通信系統(tǒng)為人們帶來了全新的語音、圖像、數(shù)據(jù)業(yè)務，讓用戶能夠利用該系統(tǒng)做到多元化的通信應用。雖然整個通信系統(tǒng)仍在最后的測試和完善當中，但幾個主要被用來滿足第三代移動通信系統(tǒng)的通信技術，都是基于寬帶碼分多址（Ｗａｎｄ－ＣＤＭＡ）方式。如果對應到目前主要的通信規(guī)范上，美國高通公司所提出的ＣＤＭＡ２０００主要采用多重載波方式（直接序列擴展頻譜也被包括在此規(guī)范中），而歐洲、日本等提出的ＷＣＤＭＡ采用的則是直接序列擴展頻譜技術。雖然ＣＤＭＡ２０００與ＷＣＤＭＡ的相關的通信網(wǎng)絡仍在繼續(xù)完善當中，但是我們知道ＣＤＭＡ２０００可與第二代碼分多址系統(tǒng)相容，同時ＷＣＤＭＡ和第二代碼分多址系統(tǒng)同樣使用直接序列擴展頻譜技術。因此根據(jù)第二代系統(tǒng)的測量規(guī)范及經(jīng)驗，再考慮第三代系統(tǒng)的變革，可初步歸納出幾個關鍵測量項目。以下針對這些測量項目加以介紹。  


　　一、鄰道功率比  
　　這是第二代碼分多址系統(tǒng)中放大器的主要測試項目，亦可視為是傳統(tǒng)元件測試中“２／３階互調(diào)”的延伸。由于碼分多址信號屬于寬頻信號，若將它視為大量的單頻音之組合，那么這些單頻音通過非線性放大器所造成的互調(diào)失真便形成鄰道信號的頻率的增量。若待測放大器的特性曲線不夠線性化，導致鄰道信號功率過大，便會影響通信質量。 　　 
     鄰道功率比測量需要信號源和頻譜分析儀。信號源產(chǎn)生一個第三代碼分多址的模擬信號，輸入到待測放大器之后，再將放大器送出的信號用頻譜分析儀來觀察。此時頻譜分析儀的測量動態(tài)范圍必須夠大，以符合鄰道功率比測試規(guī)格的要求。在第二代碼分多址系統(tǒng)中，一般定在８８５ＫＨｚ頻偏位置，基地臺功率放大器的鄰道功率比必須小于－５５ｄＢ，而手機放大器的鄰道功率比必須小于－４０ｄＢ。此外，頻譜分析儀應能夠針對數(shù)次測量的功率結果進行平均計算。而在信號源方面，同樣是碼分多址信號，不同的碼通道構成的組合、調(diào)制方式、各碼通道中符號元速率及相對時序微調(diào)都會造成不同的統(tǒng)計特性。一般而言，用峰均值功率比的概率分布來表示一個碼分多址信號的統(tǒng)計特性。通常進行鄰道功率比測試所用的信號源必須能夠明確界定這些會影響信號統(tǒng)計特性的參數(shù)，以產(chǎn)生正確的測試信號。通常可利用附加在信號源或頻譜分析儀上的互補累積分布函數(shù)測量歸納來確認測試信號的特性。此外，測試信號源本身的鄰道功率比也必須優(yōu)于待測元件的測試規(guī)格，避免發(fā)生測試結果不良是由于測試信號不良的影響。 　　 
 

      二、碼域功率  
　　正如在頻分多址ＦＤＭＡ系統(tǒng)中測量頻域功率、在時分多址系統(tǒng)中測量時域功率一樣，為了了解碼分多址系統(tǒng)中每個通信信道的功率分布狀況，我們必須測量碼域功率。然而和所有第二代系統(tǒng)不同的是，第三代系統(tǒng)每個通信信道所承載的是不同位元速率的信息，同時代表每個通信信道的沃什碼長度也可能不同。根據(jù)第三代系統(tǒng)產(chǎn)生的沃什碼的運算程序，我們可以用不同的“碼層”來區(qū)分不同長度的沃什碼。以ＣＤＭＡ２０００系統(tǒng)為例，不同的無線電配置對應不同的位元速率及沃什碼長度，其中４位元沃什碼屬于第２碼層、８位元沃什碼屬于第３碼層、依此類推，長度為２ｎ之沃什碼屬于第２ｎ碼層。 
　　因此在觀察碼域功率時，除了區(qū)分不同的碼通道及其所占的功率大小之外，我們還希望能分辨出每個碼對應的位元速率所屬碼層，才能對整個碼域組合有全盤的了解。 
　　碼域功率分布屬于發(fā)射器的測量項目之一。當在碼域觀測到的噪聲位準比理想狀況高出許多時，我們可以判斷被測系統(tǒng)會產(chǎn)生與各碼通道不相關的干擾信號源。其中有噪聲的影響，但一般更常見的原因是本地振蕩泄漏或是Ｉ／Ｑ調(diào)制過程出了問題。真正的原因可進一步通過頻域或解調(diào)測量出來。 


　　三、誤差向量值 
　　誤差向量值的測量可用來驗證所有的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)發(fā)射信號的調(diào)制品質。如果利用一個極坐標表示數(shù)字調(diào)制信號的變化軌跡，那么任何時刻信號的大小便與此時軌跡到坐標原點的距離成正比，同時信號的相位便是此時軌跡與原點連線和正水平軸之夾角。換句話說，一個數(shù)字調(diào)制信號可以用一個坐標平面上的向量來表示，而任何時刻理想信號軌跡與實際被測信號軌跡的差異便能夠用一個差向量來表示，這個差向量的大小便定義為誤差向量值。誤差向量值愈大表示被測信號的調(diào)制品質愈差。  
　　在碼分多址系統(tǒng)中，誤差向量值可分為未編碼及編碼后兩種。未編碼的誤差向量值是在被測信號被解調(diào)后，尚未經(jīng)過解擴和解碼前測量出來的；同時儀器所參考的理想信號是由被測信號中檢測出的ｃｈｉｐ展頻后的位元運算出來的。這種誤差向量雖然不能顯示出編碼器可能存在的問題，但仍能夠很快地反應任何基頻濾波器、Ｉ／Ｑ調(diào)制、中頻或射頻電路設計中的缺陷。 
　　而編碼后的誤差向量值是被測信號完全被解成基帶信號后，根據(jù)這些基帶的位元信息經(jīng)過編碼產(chǎn)生理想信號，再比較被測信號及理想信號才計算出來的；這種誤差向量值能夠反應編碼器的問題、基帶濾波器機時序控制電路的誤差、Ｉ／Ｑ調(diào)制器的異常以及功率放大器的失真等現(xiàn)象。 　　 


     四、靈敏度測試 
　　在測試第三代通信系統(tǒng)的接收器性能時，最基本的項目如往常一樣，是靈敏度測試。靈敏度測試主要是決定信號功率很小時，接收器收發(fā)還能滿足某個性能。通常這個標準是以誤碼率ＢＥＲ來衡量。在ＩＴＵ規(guī)范中，定義語音信號必須滿足不超過１０－３的誤碼率，而數(shù)據(jù)信號的誤碼率則必須小于１０－６。雖然在第二代碼分多址系統(tǒng)中并非用誤碼率，而是用幀誤碼率ＦＥＲ來定義接收器的性能，但通常在原始設計模型的測試階段，還是用誤碼率為標準。在進行靈敏度測試時，我們會需要一個標準信號源，這個信號源應能輸出偽隨機序列，以模擬實際系統(tǒng)工作時信號的隨機性。該信號源輸出的信號送到待測接收器之后，接收器解出來的數(shù)字信息將送入誤碼率測試儀，與標準未隨機序列作比較。另外我們已知不同的編碼的第三代碼分多址信號通信會有顯著的差異，其中信息格式插入點的不同代表了模擬信號與實際系統(tǒng)信號的差異性。若在循環(huán)冗余碼ＣＲＣ之前插入，則被測技術要將測試循環(huán)完全解調(diào)解碼后，才能計算誤碼率，相當于測試待測接收器的整體效能；而若在擴展頻譜之前插入信息格式，則待測接收器只要將測試信號進行解擴后，就可以計算誤碼率了，相當于測試待測接收器的解擴電路性能。由此可知，改變信息格式的插入點能使我們對接收器進行分階段測試。