3G基站發(fā)射機(jī)性能測(cè)試與分析

　　在當(dāng)前快速發(fā)展的第三代無線通信系統(tǒng)中，為了達(dá)到更高的傳輸率需要采用高度復(fù)雜的調(diào)制系統(tǒng)，這給工程師帶來了新的挑戰(zhàn)，本文向中國(guó)測(cè)試和測(cè)量工程師簡(jiǎn)要介紹了3G基站發(fā)射機(jī)需要測(cè)試和分析的關(guān)鍵參數(shù)及其意義。

　　在當(dāng)前快速發(fā)展的第三代無線通信系統(tǒng)較之先前的第二代無線網(wǎng)絡(luò)極大的改善了系統(tǒng)性能和服務(wù)質(zhì)量。為了達(dá)到更高的傳輸率，３Ｇ采用高度復(fù)雜的調(diào)制系統(tǒng)．各種3G基站系統(tǒng)的快速發(fā)展對(duì)WCDMA射頻部分、碼域部分性能穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求，UMTS基站系統(tǒng)的維護(hù)測(cè)量日益要求測(cè)量人員進(jìn)行頻域、時(shí)域、幅度域、調(diào)制域等全方位的性能評(píng)估．這給工程師帶來了新的挑戰(zhàn)．

　　WCDMA UMTS Node B發(fā)射機(jī)的特征描述包括射頻頻譜描述和碼域解調(diào)描述兩大部分，基于這種描述的測(cè)量可以使用具有解調(diào)功能的手持式頻譜分析儀進(jìn)行。例如來自安立公司的新型手持式基站測(cè)試儀MT8220A，該款WCDMA發(fā)射機(jī)便攜測(cè)試儀不僅包括傳統(tǒng)意義上的基于信號(hào)頻譜的分析能力，也包括載波頻率、頻率誤差、占用帶寬、通道功率、峰均比、噪聲電平及鄰道干擾比(ACLR)，而且包括WCDMA發(fā)射機(jī)必須測(cè)量的調(diào)制域分析能力，包括了雜散特性測(cè)量、矢量誤差幅度(EVM)測(cè)量、載波饋通測(cè)量、主/輔公共控制物理信道(P-CCPCH/S-CCPCH)，主/輔同步信道(P-SCH/S-SCH)，尋呼指示信道(PICH)，公共導(dǎo)頻信道(CPICH)，主導(dǎo)頻信道絕對(duì)功率電平等調(diào)制域指標(biāo)。

　　圖1：碼域解調(diào)測(cè)量；

　　碼域解調(diào)測(cè)量

　　通過利用先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，安立公司成功研發(fā)了一系列小型射頻／微波器件．這允許在小巧2.9kg的重量下達(dá)到比美普通臺(tái)面式儀表的指標(biāo)與性能．基于全新高性能7.1GHz頻譜分析儀平臺(tái),配上功能強(qiáng)大的WCDMA解調(diào)功能，真正實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間任何地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量與分析．低至-153dBm平均噪聲底電平在手持式儀表中也是遙遙領(lǐng)先．當(dāng)中也加強(qiáng)了儀表在測(cè)量譜輻射掩模(Spectral Emission Mask)與ACLR的性能與指標(biāo)(圖1)．

　　UMTS WCDMA發(fā)射機(jī)測(cè)試

　　MT8220A的內(nèi)置頻譜分析模式專為WCDMA基站RF測(cè)量而優(yōu)化，其射頻測(cè)量的內(nèi)容包括載波頻率、頻率誤差、占用帶寬、通道功率、峰均比、噪聲電平及ACLR。

　　ACLR測(cè)量----通常由于線性功率放大器的非線性導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生較高的ACLR，鄰道功率泄漏對(duì)信道本底噪聲有所貢獻(xiàn)。它直接降低系統(tǒng)冗余量/容量，ACLR特性將極大的影響其他站點(diǎn)的工作狀態(tài)和通信狀態(tài)。過高的值將給手機(jī)用戶帶來所謂的遠(yuǎn)近效應(yīng)。手持式頻譜分析儀通常內(nèi)置了信號(hào)濾波器，這種濾波器嚴(yán)格定義了ACLR測(cè)量的帶寬和形狀系數(shù)以滿足3dB帶寬嚴(yán)格等于碼片速率。通過MT8220A內(nèi)置的ACLR測(cè)量模式，用戶可以精確得到偏離載波5MHz及10MHz的精確泄漏值。

　　信號(hào)雜散測(cè)量---MT8220A同時(shí)提供WCDMA雜散測(cè)試模式，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的3GPP雜散模板，隨著信號(hào)大小的變化，模板測(cè)量將指示雜散指標(biāo)是否PASS或者FAIL，簡(jiǎn)潔的結(jié)果顯示便于用戶識(shí)別。

　　碼域解調(diào)測(cè)量---MT8220A提供的碼域解調(diào)測(cè)試模式提供對(duì)WCDMA信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試，該測(cè)試模式可以對(duì)P-CCPCH、S-CCPCH、P-SCH、S-SCH、PICH、CPICH、P-CPICH信道的絕對(duì)功率測(cè)量及碼道功率、EVM、載波饋通等參數(shù)的測(cè)量。在這種模式下，MT8220A解調(diào)接收到的信號(hào)并提供三種顯示模式：碼域功率顯示、碼譜顯示、調(diào)制一覽表顯示。碼域功率顯示所有選擇的OVSF碼，P-CPICH、P-SCH 和S-SCH 信道上適當(dāng)?shù)墓β孰娖綄?duì)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)容量和質(zhì)量至關(guān)重要。只有能夠正確解調(diào)發(fā)送的信號(hào)、并在碼域中分析功率電平的測(cè)試設(shè)備，才能進(jìn)行這些功率測(cè)量。這些信號(hào)決定著小區(qū)覆蓋范圍，必須設(shè)置在適當(dāng)?shù)南薅葍?nèi)。

　　圖2：調(diào)制項(xiàng)目一覽表顯示。

　　碼譜圖測(cè)試---用顏色標(biāo)度顯示碼域功率，在縱軸上從底部到頂部構(gòu)建不同時(shí)間的顯示畫面，同時(shí)包括功率與碼信道的每條后續(xù)軌跡。碼譜圖顯示了具有不同數(shù)據(jù)速率和業(yè)務(wù)需求的基站的特性。通過評(píng)估碼譜圖，可以獲得與W-CDMA系統(tǒng)有關(guān)的重要診斷信息。這為檢驗(yàn)和分析基站中的業(yè)務(wù)信道和信令信道的特性提供了一種有效的方式。數(shù)據(jù)速率高的信號(hào)通常迅速傳送，通過其它方式是很難觀察的。碼譜圖分析還可以跟蹤不同時(shí)間上的業(yè)務(wù)負(fù)荷，顯示呼叫量和呼叫功率。

　　空中測(cè)量模式---這三種模式用戶可以通過天線或者直接連接到NodeB的方式進(jìn)行，三種模式均可直接顯示載頻功率、頻率和通道功率，但是不是所有的基站能夠支持所有的三種模式。例如，直接連接到NodeB的測(cè)量往往只能完成對(duì)占用帶寬、ACLR、雜散特性、峰均比的測(cè)量。通過空中接口，MT8220A能夠幫助用戶自動(dòng)捕捉信號(hào)最強(qiáng)的6組擾碼，用戶也可以通過手動(dòng)方式來指定擾碼號(hào)。擾碼分析檢測(cè)每個(gè)接收的WCDMA下行信號(hào)的導(dǎo)頻功率電平，這里顯示為(Ec)。擾碼分析還檢測(cè)周圍噪聲，并使用周圍噪聲(Io)計(jì)算Ec/Io。這在WCDMA 中相當(dāng)于每個(gè)扇區(qū)的信噪比，從而可以簡(jiǎn)便地確定該地點(diǎn)的覆蓋質(zhì)量。在空中測(cè)量模式中MT8220A提供的測(cè)量信息包括總功率、導(dǎo)頻功率(CPICH)、Ec/Io、Ec及導(dǎo)頻容限參數(shù)。

　　調(diào)制項(xiàng)目一覽表顯示

　　WCDMA網(wǎng)絡(luò)在3G領(lǐng)域中提供了重要的演進(jìn)步驟。擁有高效的診斷和測(cè)試工具對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)顯得非常重要。這縮短了系統(tǒng)中斷時(shí)間和維護(hù)任務(wù)，及保證了客戶滿意度。傳統(tǒng)的大型專用測(cè)試儀成本太高、過于笨重、在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地應(yīng)用中使用起來過于復(fù)雜。MT8220A是專門為基站技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)RF工程師設(shè)計(jì)的,它率先為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理人員提供了優(yōu)異的性能、可用性和價(jià)值。MT8220A提供的測(cè)試套件幫助用戶在PC上進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的詳細(xì)分析，用戶可以方便的將測(cè)得的數(shù)據(jù)以。JPG和。DAT的方式下載到電腦上進(jìn)行基站維護(hù)報(bào)告的撰寫。

　　輕便式的外形設(shè)計(jì)給工程師提供一種隨身的工具．在面對(duì)3G測(cè)試和測(cè)量挑戰(zhàn)時(shí)，希望可以減輕工程師的負(fù)擔(dān)．

　　掌握關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)應(yīng)對(duì)3G測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

　　Tan Hock Leong Anritsu公司亞太地區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理

　　進(jìn)入3G以后，中國(guó)工程師和海外工程師所面對(duì)的挑戰(zhàn)是一樣的。現(xiàn)在手機(jī)追求的是達(dá)到更高的傳輸率，在GSM上比較普遍的是測(cè)量駐波比和回波損耗，沒有實(shí)際的需要來測(cè)試解調(diào)的參數(shù)?，F(xiàn)在用QPSK、16QAM或8PSK調(diào)制，這些都是復(fù)雜的調(diào)制方式，因此，需要測(cè)試一些過去2G時(shí)代不需要測(cè)試的項(xiàng)目，例如EVM(Error Vector Magnitude)，增加了以前沒有注重那一類的參數(shù)測(cè)試。

　　當(dāng)然，有很多參數(shù)測(cè)也行，不測(cè)也行，但是，如果不測(cè)的話，有些問題可能就無法發(fā)現(xiàn)，往后可能會(huì)對(duì)整個(gè)服務(wù)的質(zhì)量造成一些影響。我們公司在10年前就推出了一系列Site Master的儀表，手持測(cè)試主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)或外場(chǎng)的測(cè)試，80%以上客戶采用Site Master。

　　目前，韓國(guó)主要采用CDMA或CDMA2000，或者是EVDO的系統(tǒng)，他們也有WCDMA系統(tǒng)，所測(cè)試的項(xiàng)目比我在其它國(guó)家看到的要多，包括通道功率(Channel Power)、EVM、ACLR、OBW和頻譜輻射掩模(SEM,Spectrum Emission Mask)等等，因?yàn)橹挥型ㄟ^全面測(cè)試才能發(fā)現(xiàn)一些干擾信號(hào)，才能由此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行修正。

　　目前，中國(guó)出現(xiàn)的問題是工程師本身可能并不知道需要測(cè)試什么參數(shù)？如果以2G測(cè)試的做法來做3G的測(cè)試，在服務(wù)質(zhì)量上可能會(huì)受到一些影響。半年以來，亞太地區(qū)很多工程師進(jìn)行了駐波比和回波損耗的測(cè)試之后，就進(jìn)行路測(cè)，調(diào)制參數(shù)就完全沒有測(cè)。存在這樣的問題也許是工程師不了解調(diào)制參數(shù)測(cè)試的重要性，例如EVM測(cè)試，如果調(diào)制指標(biāo)沒有達(dá)到的話，就可能造成掉話等問題。

　　具體來說，EVM是誤差向量幅度的意思，它以符號(hào)來表示數(shù)據(jù)的傳輸速率，例如簡(jiǎn)單的ＢPSK就只有簡(jiǎn)單的兩個(gè)符號(hào)，兩者相差180度；但是，在QPSK的時(shí)候就有四個(gè)符號(hào)，你可以想象為四點(diǎn)，每點(diǎn)相差90度，就好象一個(gè)四方形的樣子，四個(gè)角落就是符號(hào)的位置，EVM就是測(cè)試符號(hào)是否在角落上的那個(gè)位置，看偏離有多遠(yuǎn)。例如，在WCDMA下主要是BPSK和QPSK調(diào)制，在HSDPA會(huì)用到8PSK，進(jìn)一步會(huì)用到16QAM，以16個(gè)符號(hào)來代表，從而進(jìn)一步提高傳輸速率。16QAM時(shí)，一共有16個(gè)符號(hào)，EVM測(cè)量以百分比來表示符號(hào)偏離其位置的大小，它是基站測(cè)試中很重要的指標(biāo)。

　　總的看來，隨著傳輸率的提高，某些以前不需要測(cè)試的參數(shù)，現(xiàn)在需要測(cè)試了，工程師一方面須要更深地了解新的測(cè)試參數(shù)，另一方面現(xiàn)場(chǎng)未必有相關(guān)的測(cè)試設(shè)備，測(cè)試時(shí)間將增加50%，這是他們面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　在3G測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域， MT8220A頻譜分析儀的頻率最高可以達(dá)到7.1GHz，在2.9Kg這個(gè)體形下，這臺(tái)頻譜儀的指標(biāo)已經(jīng)在很多方面達(dá)到臺(tái)式機(jī)的水平，底噪聲電平為-153dBm。MT8220A已經(jīng)是我們手持頻譜儀的第五代產(chǎn)品。大概在5年前，我們推出了手持頻譜儀，目前，盡管陸續(xù)有很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手推出跟我們類似的功能，但是，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域我們還是占有領(lǐng)先地位。

　　盡管3G標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)變化，但是我們的測(cè)試設(shè)備分辨率帶寬最低為10Hz，底噪只有-153dBm，帶寬已經(jīng)做到7.1GHz，因此，能夠避免短期內(nèi)對(duì)硬件升級(jí)提出新的要求。今后，如果3G增加新的解調(diào)功能，只要軟件升級(jí)就可以了。

　　通過與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的比較，發(fā)現(xiàn)許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并沒有譜輻射掩模這個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。ACLR是在臺(tái)面儀器才能做的測(cè)試，在我們第三、第四代的頻譜分析儀還達(dá)不到這方面的性能。儀器的動(dòng)態(tài)范圍或者相位噪聲的指標(biāo)如果不夠好，在測(cè)量EVM、SEM和ACLR上面就會(huì)受到影響。

　　例如ACLR的測(cè)量就要求儀表有很高的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和相位噪聲指標(biāo)，它測(cè)試的是鄰道功率泄露比，如果儀器的動(dòng)態(tài)范圍不夠，那么噪聲可能就會(huì)看起來高一些，主要是因?yàn)榈自肼暡粔虻驮斐傻?。這樣一來就會(huì)影響整個(gè)測(cè)試的效果。因此，有些測(cè)試設(shè)備廠家的儀器甚至不能測(cè)試SEM。它主要測(cè)試基站發(fā)射機(jī)是否有一些雜散或干擾的信號(hào)，測(cè)試過程中會(huì)自動(dòng)設(shè)置一個(gè)MASK作為門限，由它判定是否合格。

　　借助于手持儀表，工程師將不需要攜帶很大、很重的儀表到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，價(jià)格上也比臺(tái)式儀器低。未來的發(fā)展是集成更多的儀器功能，為了縮短測(cè)試時(shí)間，我們有儲(chǔ)存的功能，一個(gè)文檔就可以收集所有的測(cè)試參數(shù)，從而不必?fù)?dān)心現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的遺漏儲(chǔ)存。我們的頻譜儀配置了以太網(wǎng)和USB口，通過網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制。

　　移動(dòng)通信80%的客戶采用了我們的Site Master測(cè)試設(shè)備，主要用于維護(hù)和工程測(cè)試。今后，我們會(huì)根據(jù)客戶的要求增加新的功能，而主要是在這個(gè)高性能硬件平臺(tái)和DSP上把新的功能不斷地加上去，就會(huì)給測(cè)量工程師應(yīng)對(duì)測(cè)量挑戰(zhàn)方面提供一個(gè)好的方案。重點(diǎn)考慮的就是HSDPA的測(cè)試，以及其它的解調(diào)方式。

　　作者: Tan Hock Leong

　　安立公司亞太區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理

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