如何克服多標(biāo)準(zhǔn)無線電基站發(fā)射機(jī)測(cè)試的挑戰(zhàn)

下一代基站發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(jī)路徑中的多種制式，這些對(duì)帶寬提出了更寬的要求。例如，GSM、W-CDMA 和 LTE 多載波可以同時(shí)從一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)無線電(MSR)基站單元進(jìn)行傳輸。蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以支持多種制式，這對(duì)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(huì)從當(dāng)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(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、服務(wù)提供商和消費(fèi)者來講是一個(gè)好消息。但采用 MSR 多載波配置使得對(duì) MSR 基站發(fā)射機(jī)進(jìn)行測(cè)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(yīng)對(duì)測(cè)量挑戰(zhàn)。

新的要求

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

當(dāng)測(cè)試 MSR 多載波配置時(shí)，TS37 文檔定義的射頻要求指定了通道功率測(cè)量、誤差矢量幅度的調(diào)制質(zhì)量(EVM)、頻率誤差(計(jì)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(cè)試每個(gè)制式的每個(gè)載波時(shí)，要求對(duì) ACLR、占用帶寬(OBW)及各發(fā)射機(jī)路徑之間時(shí)間同步進(jìn)行測(cè)量。盡管在 MSR 多載波配置時(shí)對(duì)上述三種測(cè)量沒有強(qiáng)制要求，但一些基站制造商仍然希望進(jìn)行測(cè)試。這種測(cè)試需要貼近實(shí)際應(yīng)用情景，覆蓋被測(cè)基站所支持的全部制式，并可為用戶提供出色的測(cè)試效率。

執(zhí)行頻譜測(cè)量

MSR 頻譜測(cè)量與單制式測(cè)試極為相似，可通過信號(hào)分析儀或頻譜分析儀(SA)的掃描分析功能，或矢量信號(hào)分析儀的快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)分析來完成測(cè)量。掃描分析方式更加適合帶外或通道外的測(cè)量(例如雜散發(fā)射、ACLR 和 SEM)，因?yàn)轭l寬設(shè)置需要大于單載波測(cè)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(cè)試來進(jìn)行測(cè)量的載波通道功率的掃描頻譜視圖。在本例中，針對(duì) MSR 的測(cè)量應(yīng)用軟件可掃描基于頻譜儀的 MSR 通道功率測(cè)量，測(cè)量非常簡(jiǎn)單?；蛘?，也可手動(dòng)配置頻譜儀的分辨率帶寬(例如 100 kHz)進(jìn)行掃描，帶寬需要足夠窄才可以區(qū)分 GSM 載波，同時(shí)可為每個(gè)感興趣的載波添加一系列頻帶功率游標(biāo)。

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

數(shù)字調(diào)制質(zhì)量的測(cè)量

在評(píng)測(cè)信號(hào)調(diào)制質(zhì)量時(shí)，例如MSR多載波配置中每個(gè)載波的 EVM，測(cè)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(qiáng)制要求借助具有寬帶采集前端的分析儀同時(shí)捕獲所有的有效載波。

對(duì)于發(fā)射機(jī)一致性測(cè)試，使用被測(cè)器件的任意重復(fù)碼型波形(例如各種測(cè)試模式)來進(jìn)行測(cè)量。3GPP TS37.141 MSR 基站一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)定義了幾個(gè)用于測(cè)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(shí)捕獲所有可用的MSR多載波，發(fā)射機(jī)一致性測(cè)試也可借助傳統(tǒng)的信號(hào)采集方法來完成。

本質(zhì)上講，測(cè)試工程師捕獲每個(gè)單載波并逐個(gè)進(jìn)行調(diào)制質(zhì)量測(cè)量，隨后使用恰當(dāng)?shù)恼杉斎霂捛岸藖聿东@每個(gè)單載波。第二步，工程師將頻率轉(zhuǎn)換為第二個(gè)載波，捕獲并測(cè)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(hào)之后使用大型波形采樣計(jì)算 EVM，因而被工程師視為簡(jiǎn)單易用、經(jīng)濟(jì)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(huì)如何呢?根據(jù) LTE 第 10 版規(guī)定，LTE-Advanced 將支持高達(dá) 100-MHz 的系統(tǒng)帶寬。由于LTE-Advanced 支持載波聚合，每個(gè)元器件載波都具有高達(dá) 20-MHz 的帶寬。用戶需要花費(fèi)額外的時(shí)間和精力逐個(gè)轉(zhuǎn)換每個(gè)載波測(cè)量，但所花費(fèi)的時(shí)間和精力將完全取決于測(cè)試儀/分析儀設(shè)備或外部控制程序中的連續(xù)捕獲和解調(diào)計(jì)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(cè)試速率方面的劣勢(shì)會(huì)很不明顯。

使用寬帶寬分析儀硬件對(duì)全部感興趣的有效載波進(jìn)行同時(shí)捕獲的成本要高于窄帶寬硬件，但它對(duì) MSR 無線器件中的瞬時(shí)事件進(jìn)行驗(yàn)證和故障診斷(例如功能設(shè)計(jì)驗(yàn)證和實(shí)際系統(tǒng)操作測(cè)試)非常有效(圖 2)。從已采集的寬帶波形中取出每個(gè)載波，分別對(duì)其進(jìn)行 EVM 測(cè)量。捕獲采樣結(jié)果包括所有的同時(shí)存在的有效載波。

圖 2. 該圖比較了使用窄帶寬硬件對(duì)每個(gè)載波進(jìn)行連續(xù)采集(左側(cè))和使用寬帶寬硬件對(duì)全部載波進(jìn)行同時(shí)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(dāng)?shù)慕邮諜C(jī)濾波器對(duì)每個(gè)感興趣的載波進(jìn)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(duì)每個(gè)載波都能達(dá)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范明確定義了接收機(jī)濾波器形狀，濾波器為 3.84 MHz(TD-SCDMA 為 1.28 MHz)、滾降因子為 0.22的根升余弦濾波器。對(duì)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(gè)相鄰載波抑制濾波器(即便會(huì)影響調(diào)制質(zhì)量)。

總結(jié)

在對(duì) MSR 多載波基站發(fā)射機(jī)器件進(jìn)行頻譜和功率測(cè)量時(shí)，頻譜掃描的方法仍然適用。它同樣可用于每個(gè)載波發(fā)射機(jī)器件的測(cè)量。在分析 MSR多載波配置下每個(gè)載波的調(diào)制質(zhì)量時(shí)，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(gè)載波。該方法假設(shè) MSR 被測(cè)信號(hào)是一個(gè)任意重復(fù)測(cè)試模式信號(hào)，具有簡(jiǎn)單和低成本的優(yōu)點(diǎn)。第二種方法，使用寬帶寬硬件前端同時(shí)采集所有的載波。該方法能夠真正同時(shí)捕獲所有的載波，以便對(duì)瞬時(shí)事件進(jìn)行故障診斷，缺點(diǎn)在于成本高昂。每種方法的總測(cè)試效率取決于測(cè)試序列算法的設(shè)計(jì)或編程方式。