寬帶A類放大器在通信測試中的應用
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Broadband Class A amplifiers in Communications Test Applications
簡介
本文介紹了第三代（WCDMA）和第四代（OFDM）手機調制方案及其關鍵傳輸特性，以及用于傳輸部件和組件開發(fā)/生產測試的測試放大器所需功能涉及的基本概念。
本文中所有例證均選取移動電話系統(tǒng)下行鏈路(基站到移動電話)進行測試。
WCDMA
WCDMA（寬帶碼多分址）是第三代（3G）移動電話網絡UMTS的定義空中接口。采用直接序列擴頻（DSSS），將“偽噪聲”擴頻碼與用戶信號結合，通過帶寬傳輸用戶信號。將不同代碼分配給不同用戶，通過同一帶寬實現(xiàn)多種信號同時傳輸。由于信號分配代碼相同，接收端可還原（解擴）復合寬帶信號中的特定信號。還原過程中，寬帶中所有其它擴展信號均表現(xiàn)為噪聲。
DSSS數(shù)據(jù)傳輸
通過DSSS，用戶基線數(shù)據(jù)由眾多擴頻碼的其中之一調制。此類代碼也稱為“信道化碼”，每一個代碼是一個高速率（3.84兆位/秒）、循環(huán)重復的偽隨機二進制序列，可“碎化”基線數(shù)據(jù)，達到3.84MHz的帶寬。
圖1（a）展示了數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)還原時的波形，此處–1=邏輯0，+1=邏輯1。前三個曲線表示傳輸過程。曲線1表示用戶基線數(shù)據(jù)，曲線2表示分配給每一用戶位的8位擴頻碼，曲線3表示曲線2在曲線1處“碎化”后得到的擴展信號。曲線3表示傳送的信號。
圖1(a) 通過擴頻碼1傳送用戶數(shù)據(jù)，接收端用相同代碼產生交叉關聯(lián)時還原（標記為解擴碼1）
接收端利用相同的擴解碼（曲線4）結合傳送信號來恢復信道數(shù)據(jù)，由此標記為“解擴碼1”。曲線5表示恢復后的用戶數(shù)據(jù)。這一過程即為“解擴”，在數(shù)學上與解擴碼構成傳送擴頻碼交叉關聯(lián)。交叉關聯(lián)在第3頁“正交性”部分作出了闡述，但概括起來，即使擴頻碼與解擴碼增加異或非門功能。
圖1（b）表示將傳送的擴展信號與不同的擴解碼結合后的結果。前三個跟蹤曲線表示與圖1（a）相同的傳送過程。不同的是，接收端用標記為“解擴碼2”的另一解擴碼時，數(shù)據(jù)未恢復（曲線4與5）。
圖1(b) 通過擴頻碼1傳送用戶數(shù)據(jù)，接收端用解擴碼2產生交叉關聯(lián)時不恢復
正交性
WCDMA采用正交可變擴頻因子（OVSF）碼，實現(xiàn)多信道同時傳輸，并保證信道數(shù)據(jù)速率靈活性。所有的OVSF擴頻碼都是“特別的”，相互正交的，即彼此可在3.84MHz傳輸頻帶共存，無交叉干擾。
為實現(xiàn)正交性，各代碼需具備以下屬性：
? 任意兩種代碼交叉關聯(lián)=0
? 自相關性除以每個數(shù)據(jù)位的碼片位數(shù)量=1
? 必須擁有與-1和1同等數(shù)量的代碼
按照這些規(guī)則，我們將檢驗擴頻碼1和2作為示例。
按照規(guī)則逐條驗證：
（1）交叉關聯(lián)=0
兩個數(shù)字序列的交叉關聯(lián)性是二者相似度的尺度。R(A.B)表示為序列位的乘積之和。
假設A為圖1（a）中的擴頻碼1，B為圖1（b）中的擴解碼2，如下所示：
A={-1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1}
B={1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1}
R(A.B)={(-1x1)+(1x –1)+(1x1)+(-1x1)+(1x1)+(-1x–1)+(-1x1)+(1x–1)}={0}
如前文所示，利用異或非門，即可在門級輕易實現(xiàn)交叉關聯(lián)的函數(shù)。
（2）自相關性÷每數(shù)據(jù)位的碼片位數(shù)量=1
自相關本質上即是序列的交叉關聯(lián)函數(shù)。
R(A.A)={(-1x-1)+(1x1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(-1x-1)+(1x1)}={8}
R(B.B)={(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)}={8}
這兩種擴頻碼每數(shù)據(jù)位均有8位碼片位，其中每數(shù)據(jù)位的碼片位被稱為擴頻因子（SF）。因此自相關除以SF=1。
（3）擁有同等數(shù)量的-1與1
最后，擴頻碼1與擴頻碼2擁有相同數(shù)量的-1與1，因此這兩種代碼滿足第三種正交條件。
需要注意的是，遵守規(guī)則即可產生偽隨機碼，因其類似噪聲被稱為偽噪聲（PN）。
可變擴頻因子
如上所示，擴頻碼1與擴頻碼2均含8位擴頻因子。下行鏈路擴頻因子取值在4至512之間。在低擴頻因子既定的條件下，當用戶要求數(shù)據(jù)傳輸更快時，系統(tǒng)可分配用戶不同的數(shù)據(jù)傳輸速率及不同的擴頻因子。這正是正交可變擴頻因子“可變”由來。注意3.84兆位/秒的碼片速率是恒定的，因此相對于可變SF來說，分配給用戶基帶的數(shù)據(jù)速率是不同的。
直接序列碼擴頻后附加了擾碼。擾碼可幫助移動電話識別正在聯(lián)系的基站。
OFDM
演進版UMTS無線接入網絡（EUTRAN）是第4代移動電話系統(tǒng)性能演進的產物。以4G LTE面世，采用OFDMA（正交頻分復用接入）作為下行鏈路方向的空中接口。主要特點是下行鏈路速率可達到100Mbps、出色的數(shù)據(jù)傳輸（衰減復原）性能和帶寬可擴展（1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz及20MHz）。
OFDM主要涉及的概念是信號載體部分從單個高速率數(shù)據(jù)信號到多個并行低速率信號之間的轉換。圖2表示單個信道被分成多個并行的子信道，每個子信道的子載波頻率不同。這種與窄帶子載波間隔緊密的寬帶頻譜即為傳輸信號。間隔緊密提高了系統(tǒng)頻譜效率。
圖2 OFDM信號產生過程圖示
子載波數(shù)據(jù)速率低，因而發(fā)送符號較長，同時可增加保護間隔。這使得OFDM可應對信道挑戰(zhàn)性要求，如多徑衰落（WCDMA真正存在的一個問題）、窄帶干擾與符號間干擾，比以往方案更占優(yōu)勢。從而使并行傳輸數(shù)據(jù)的凈數(shù)據(jù)傳輸率等于信號原有的高數(shù)據(jù)速率。
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