基帶衰落仿真在手機(jī)綜合測(cè)試方面的應(yīng)用

摘　要：所有無(wú)線電設(shè)備， 從CDMA到EVDO、W-CDMA， 它們的共同特征是利用開(kāi)放的射頻鏈路。 信號(hào)穿過(guò)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(hào)的形狀會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象被通稱為衰落。因此在無(wú)線設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，要對(duì)設(shè)備抗衰落的性能進(jìn)行測(cè)量。本文介紹了ＣＤＭＡ、EVDO、Ｗ－ＣＤＭＡ終端（手機(jī)）抗衰落性能測(cè)試的基本方法，并重點(diǎn)描述了利用安捷倫公司基帶仿真方法實(shí)現(xiàn)的低成本衰落測(cè)試解決方案。　

關(guān)鍵字：衰落，8960，基帶仿真

一、 什么是衰落？

　　衰落從范圍上來(lái)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(hào)在長(zhǎng)距離（幾百個(gè)波長(zhǎng)以上）傳播時(shí)的平均衰減，主要由大氣損耗，建筑物或大的物體如山丘、樹(shù)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(hào)有基站發(fā)出來(lái)可能會(huì)通過(guò)直射、反射或散射才能到達(dá)接收者，不同路徑信號(hào)的強(qiáng)度和時(shí)延都會(huì)有所不同。另外由于接收者是運(yùn)動(dòng)的，它會(huì)不停地經(jīng)過(guò)信號(hào)高強(qiáng)度區(qū)域或低強(qiáng)度區(qū)域。還有一個(gè)影響是由于接收者的高速運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致相對(duì)頻移，如果向著發(fā)射機(jī)方向運(yùn)動(dòng)，頻率會(huì)升高，背離發(fā)射機(jī)方向，頻率會(huì)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(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)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(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生多徑效應(yīng)。
 
　　衰落的環(huán)境會(huì)對(duì)無(wú)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(huì)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(huì)引起碼間干擾，還會(huì)引起同步和鎖相的問(wèn)題。

二、 無(wú)線設(shè)備抗衰落性能測(cè)試的一般方法

　　由于衰落對(duì)通信造成很大的影響，在移動(dòng)接收機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就必須采取各種辦法來(lái)保證足夠的余量防止衰落問(wèn)題。所以，在移動(dòng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)階段，模擬衰落的環(huán)境對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

　　各種移動(dòng)終端的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，都對(duì)衰落環(huán)境下的測(cè)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(cè)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(cè)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(jiàn)的衰落環(huán)境仿真的方法

　　在目前的許多測(cè)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(hào)進(jìn)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(hào)，然后數(shù)模變換、上變頻成RF信號(hào)。最后還要加入相應(yīng)的噪聲信號(hào)。這里噪聲信號(hào)必須保證與衰落的模型分別加入，因?yàn)樵肼暎ˋWGN）對(duì)于任何多徑信道都是獨(dú)立的。 因此，在這個(gè)過(guò)程中有兩個(gè)地方必須注意，一個(gè)是模數(shù)/數(shù)模變換時(shí)的變換損失，另一個(gè)是對(duì)噪聲信號(hào)幅度的校準(zhǔn)。

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

　　在往信號(hào)上面加AWGN的時(shí)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(méi)有被衰落衰減。但是添加噪聲在改變載干比（C/N）的同時(shí)，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(huì)消耗很長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)閷?duì)輸出的功率要進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量才能得到統(tǒng)計(jì)上正確的幅度。

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

     由于圖4種介紹的衰落系統(tǒng)比較復(fù)雜，系統(tǒng)造價(jià)也比較高。 對(duì)于許多只對(duì)手機(jī)接收機(jī)衰落環(huán)境下性能測(cè)試的部門(mén)來(lái)說(shuō)，成本負(fù)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(jī)綜合測(cè)試儀8960設(shè)計(jì)了一套價(jià)格低廉，使用方便的測(cè)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(cè)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(duì)噪聲信號(hào)校準(zhǔn)。 8960 通過(guò)安裝504選件，可以與衰落仿真卡接口。 這樣，8960 要送給手機(jī)的信號(hào)，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(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，接收到的信號(hào)仿佛經(jīng)過(guò)了衰落的環(huán)境。同時(shí)，用戶可以通過(guò)PC對(duì)8960進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成自動(dòng)測(cè)試。安捷倫公司的自動(dòng)化測(cè)試軟件WTM已經(jīng)把標(biāo)準(zhǔn)中定義的衰落環(huán)境測(cè)試定義成了標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試項(xiàng)目，用戶如果運(yùn)行WTM測(cè)試軟件，只需選擇相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目，就可以方便地完成測(cè)試。

　　結(jié)論：衰落會(huì)對(duì)無(wú)線信號(hào)質(zhì)量造成很大的影響，為了克服這種影響，移動(dòng)設(shè)備的接收機(jī)要進(jìn)行再衰落環(huán)境下的性能測(cè)試。安捷倫公司設(shè)計(jì)的基帶衰落仿真器與手機(jī)綜合測(cè)試儀相結(jié)合的測(cè)試方案配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用方便，比較適合各種規(guī)模的研發(fā)機(jī)構(gòu)或質(zhì)量認(rèn)證部門(mén)應(yīng)用。