基帶衰落仿真在手機綜合測試方面的應(yīng)用

摘　要：所有無線電設(shè)備， 從CDMA到EVDO、W-CDMA， 它們的共同特征是利用開放的射頻鏈路。 信號穿過空氣，受到多徑傳輸、大氣衰減以及遮擋、散射等效應(yīng)的影響，信號的形狀會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象被通稱為衰落。因此在無線設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)中，要對設(shè)備抗衰落的性能進行測量。本文介紹了ＣＤＭＡ、EVDO、Ｗ－ＣＤＭＡ終端（手機）抗衰落性能測試的基本方法，并重點描述了利用安捷倫公司基帶仿真方法實現(xiàn)的低成本衰落測試解決方案?！?/P>

關(guān)鍵字：衰落，8960，基帶仿真

一、 什么是衰落？

　　衰落從范圍上來講，大體分為三種情況：大區(qū)域衰落，小區(qū)域衰落和室內(nèi)衰落。如圖1所示，大區(qū)域衰落指的是信號在長距離（幾百個波長以上）傳播時的平均衰減，主要由大氣損耗，建筑物或大的物體如山丘、樹木遮擋所引起。 

圖1  大區(qū)域衰落

圖2  小區(qū)域衰落

圖3 室內(nèi)衰落

　　小區(qū)域衰落主要有多徑傳播和多普勒頻移所引起（如圖2所示）。信號有基站發(fā)出來可能會通過直射、反射或散射才能到達接收者，不同路徑信號的強度和時延都會有所不同。另外由于接收者是運動的，它會不停地經(jīng)過信號高強度區(qū)域或低強度區(qū)域。還有一個影響是由于接收者的高速運動，會導(dǎo)致相對頻移，如果向著發(fā)射機方向運動，頻率會升高，背離發(fā)射機方向，頻率會降低。

　　室內(nèi)環(huán)境與小區(qū)域衰落的情況類似（如圖3所示），信號在傳播過程中會受到反射、折射、散射的影響，比如在辦公室的環(huán)境中，各種金屬的設(shè)備、家具等都會對信號產(chǎn)生多徑效應(yīng)。
 
　　衰落的環(huán)境會對無線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量造成很大的影響，大區(qū)域的衰落主要表現(xiàn)在由于距離產(chǎn)生的路徑損耗，這會導(dǎo)致系統(tǒng)信噪比的減低。小區(qū)域的多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)會引起碼間干擾，還會引起同步和鎖相的問題。

二、 無線設(shè)備抗衰落性能測試的一般方法

　　由于衰落對通信造成很大的影響，在移動接收機設(shè)計的時候，就必須采取各種辦法來保證足夠的余量防止衰落問題。所以，在移動設(shè)備的開發(fā)和生產(chǎn)階段，模擬衰落的環(huán)境對設(shè)備進行測試。

　　各種移動終端的測試標(biāo)準(zhǔn)中，都對衰落環(huán)境下的測試做了明確的規(guī)定，如下表所示。W-CDMA 在3GPP 標(biāo)準(zhǔn)TS 34.121 V3.12.0 中規(guī)定了以下的測試：

7.3 Demodulation in multi-path fading， case 1, 2, 3, 4, 6
7.4 Demodulation in moving propagation
7.5 Demodulation in birth/death propagation
7.6 Demodulation of DCH in downlink
CDMA2000 在3GPP標(biāo)準(zhǔn)C.S0011B中規(guī)定了以下測試：
3.3.4 Demodulation performance in multipath fading
3.4.2 Demodulation performance in multipath fading
3.4.7 Demodulation performance in multipath fading with
closed loop power control (FPC_MODE = '000')
3.4.8 Demodulation performance in multipath fading with
 closed loop power control (FPC_MODE = '010')
3.4.9 Demodulation performance in multipath fading with
closed loop power control (FPC_MODE = '000', '001', and '010')
3.4.10 Demodulation performance in multipath fading with
 closed loop power control (FPC_MODE = '000') and transmit diversity
3.4.11 Demodulation performance in multipath fading with
 closed loop power control (FPC_MODE = '010') and transmit diversity

圖4  常見的衰落環(huán)境仿真的方法

　　在目前的許多測試系統(tǒng)中，大多采用在ＲＦ鏈路上插入衰落仿真的辦法( 如圖４所示)。
 
　　這種方法先把要衰落的信號進行下變頻，然后數(shù)字化。 衰落仿真的模型加入數(shù)字化的信號，然后數(shù)模變換、上變頻成RF信號。最后還要加入相應(yīng)的噪聲信號。這里噪聲信號必須保證與衰落的模型分別加入，因為噪聲（AWGN）對于任何多徑信道都是獨立的。 因此，在這個過程中有兩個地方必須注意，一個是模數(shù)/數(shù)模變換時的變換損失，另一個是對噪聲信號幅度的校準(zhǔn)。

　　變換損耗發(fā)生在每次把信號從模擬到數(shù)字取樣的時候，或從數(shù)字恢復(fù)到模擬的時候。這會帶來一定的系統(tǒng)誤差，只有把這個系統(tǒng)誤差降低到盡可能小的時候，衰落仿真的精度才是可靠的。

　　在往信號上面加AWGN的時候，至關(guān)重要的是幅度要準(zhǔn)確，它必須在衰落之后加，以便保證背景噪聲沒有被衰落衰減。但是添加噪聲在改變載干比（C/N）的同時，也改變了總功率幅度。為了保證噪聲幅度準(zhǔn)確，必須確定衰落后的載波功率幅度，這會消耗很長的時間，因為對輸出的功率要進行反復(fù)的測量才能得到統(tǒng)計上正確的幅度。

三、 基帶仿真與綜合測試儀結(jié)合實現(xiàn)ＣＤＭＡ、1xEVDO、Ｗ－ＣＤＭＡ抗衰落測試

     由于圖4種介紹的衰落系統(tǒng)比較復(fù)雜，系統(tǒng)造價也比較高。 對于許多只對手機接收機衰落環(huán)境下性能測試的部門來說，成本負擔(dān)比較重。為此，安捷倫公司用成本低廉的基帶衰落仿真卡與手機綜合測試儀8960設(shè)計了一套價格低廉，使用方便的測試方案。 具體方案如圖5所示。

圖5 安捷倫科技基帶衰落仿真卡與8960結(jié)合的測試方案

　　基帶仿真是一種新的衰落仿真方法，它由安裝在PC中的PCI基帶仿真卡N5101A和衰落仿真軟件組成，它在數(shù)字部分完成衰落環(huán)境的仿真，并對噪聲信號校準(zhǔn)。 8960 通過安裝504選件，可以與衰落仿真卡接口。 這樣，8960 要送給手機的信號，在基帶處理部分先送到基帶衰落仿真卡，添加了衰落環(huán)境和噪聲后，送回到8960的RF鏈路。對于手機來說，接收到的信號仿佛經(jīng)過了衰落的環(huán)境。同時，用戶可以通過PC對8960進行遠程控制，完成自動測試。安捷倫公司的自動化測試軟件WTM已經(jīng)把標(biāo)準(zhǔn)中定義的衰落環(huán)境測試定義成了標(biāo)準(zhǔn)的測試項目，用戶如果運行WTM測試軟件，只需選擇相應(yīng)的測試項目，就可以方便地完成測試。

　　結(jié)論：衰落會對無線信號質(zhì)量造成很大的影響，為了克服這種影響，移動設(shè)備的接收機要進行再衰落環(huán)境下的性能測試。安捷倫公司設(shè)計的基帶衰落仿真器與手機綜合測試儀相結(jié)合的測試方案配置簡單，價格便宜，使用方便，比較適合各種規(guī)模的研發(fā)機構(gòu)或質(zhì)量認證部門應(yīng)用。