TD-SCDMA直放站時(shí)域切換特性測試分析

0 前言

TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多址）技術(shù)是國際電聯(lián)ITU正式發(fā)布的第三代移動(dòng)通信系統標準之一，其關(guān)鍵技術(shù)有可調整上下行切換點(diǎn)的時(shí)分雙工、智能天線(xiàn)、聯(lián)合檢測、接力切換、動(dòng)態(tài)信道分配等。TD-SCDMA的優(yōu)勢突出表現在系統抗干擾和系統容量之間得到了很好的均衡、對混合業(yè)務(wù)的高效支持、系統自身有良好的持續發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)能力。

直放站是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分，是網(wǎng)絡(luò )擴容和優(yōu)化的主要對象。直放站也是解決室內覆蓋的重要設備。在TD-SCDMA系統中正確合理地使用好直放站，能提高網(wǎng)絡(luò )利用率，降低網(wǎng)絡(luò )建設、運維成本，提高網(wǎng)絡(luò )性能。隨著(zhù)TD-SCDMA規模試驗網(wǎng)建設的不斷深入，TD-SCDMA直放站的重要性得到了直觀(guān)的體現。它可以增加網(wǎng)絡(luò )覆蓋，使施主基站的覆蓋得到延伸，也能增加空閑基站的話(huà)務(wù)負荷，或是分攤繁忙基站的話(huà)務(wù)量起到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )的作用。

1 TD-SCDMA直放站的時(shí)域特性

TD-SCDMA直放站目前工作頻率是2010MHz～2025 MHz，信號的碼片速率為1.28MHz/s，擴頻帶寬或信道間隔為1.6MHz，調制方式為QPSK/8PSK，接入技術(shù)為DS-CDMA/TDMA，采用不需配對頻率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一載頻的不同時(shí)隙上進(jìn)行傳送的，因此時(shí)域切換指標的測試至關(guān)重要。

TD-SCDMA的物理信道采用四層結構：系統幀、無(wú)線(xiàn)幀、子幀和時(shí)隙/碼。圖1為T(mén)D-SCDMA的物理信道信號格式。

圖1 TD-SCDMA的物理信道信號格式

TD-SCDMA幀結構將10ms的無(wú)線(xiàn)幀分成兩個(gè)5ms的子幀，每個(gè)子幀中有7個(gè)常規時(shí)隙（TS0～TS6，每個(gè)時(shí)隙長(cháng)度為864碼片，占675μs）和3個(gè)特殊時(shí)隙。三個(gè)特殊時(shí)隙分別為下行導頻時(shí)隙DwPTS（長(cháng)度為96碼片，占75μs）、主保護時(shí)隙GP（長(cháng)度為96碼片，占75μs）和上行導頻時(shí)隙UpPTS（長(cháng)度為160碼片，占125μs）。在7個(gè)常規時(shí)隙中TS0總是固定用作下行時(shí)隙來(lái)發(fā)送系統廣播信息，是廣播信道P-CCPCH獨自占用的時(shí)隙，而TS1總是固定用作上行時(shí)隙，其他的常規時(shí)隙可以根據需要靈活配置成上行或下行，以實(shí)現上、下行不對稱(chēng)業(yè)務(wù)的傳輸，上下行的轉換由一個(gè)轉換點(diǎn)（Switch Point）分開(kāi)。

每個(gè)5ms的子幀有兩個(gè)轉換點(diǎn)（下行鏈路DL到上行鏈路UL和UL到DL），第一個(gè)轉換點(diǎn)固定在TS0結束處，位置在DwPTS和UpPTS之間的GP；而第二個(gè)轉換點(diǎn)則取決于小區的上下行時(shí)隙配置，位置在每個(gè)子幀中最后一個(gè)上行時(shí)隙和第二個(gè)下行時(shí)隙之間（見(jiàn)圖1）。其中，第一個(gè)轉換點(diǎn)相對于每個(gè)子幀的開(kāi)始時(shí)間是固定的；第二個(gè)轉換點(diǎn)隨著(zhù)分配給上下行的時(shí)隙數不同而變化。

在TD-SCDMA系統中，上行鏈路信號和下行鏈路信號處于同一頻率，通過(guò)時(shí)分復用的方式區分上行和下行，而且根據不同的業(yè)務(wù)需要，還可以靈活配置上下行時(shí)隙來(lái)改變功率開(kāi)關(guān)切換點(diǎn)，以滿(mǎn)足上、下行非對稱(chēng)業(yè)務(wù)的需求。這對TD-SCDMA直放站設備的上、下行同步提出了很高的要求。TD-SCDMA直放站需要獲取兩個(gè)轉換點(diǎn)位置信息，完成對射頻信道的上下行切換，使時(shí)分方式下的收發(fā)同步切換控制。因此，在TD-SCDMA直放站所有指標測試中，時(shí)域切換測試是最困難的。

2 切換特性測試指標

下面基于相關(guān)國標中TD-SCDMA直放站設備技術(shù)要求的切換同步功能時(shí)域部分的測試進(jìn)行分析。

(1)直放站上下行開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間的提前量和關(guān)閉時(shí)間的滯后量應大于2μs，如圖2所示；

圖2 切換特性測試指標要求

(2)上下行開(kāi)關(guān)轉換點(diǎn)落在TD-SCDMA幀中相應的上下行轉換點(diǎn)的間隔不得小于3μs；

(3)功率開(kāi)關(guān)上升沿和下降沿在低于-70dBm 起始點(diǎn)90%功率之內小于2μs；

(4)功率開(kāi)關(guān)時(shí)間抖動(dòng)偏差不得偏離1μs；

(5)時(shí)隙調節功能要求時(shí)隙調整偏差為675±0.5μs；

(6)功放開(kāi)關(guān)同步控制功能：同步信號丟失后(包括GPS)，功率同步開(kāi)關(guān)應能保持持續時(shí)間5s～60s，在保持時(shí)間內滿(mǎn)足功率開(kāi)關(guān)時(shí)間偏差不得偏離±1μs，持續5至60s后上下行功放應自動(dòng)關(guān)閉。

3 切換特性測試方法分析

以無(wú)線(xiàn)直放站為例，本文介紹并分析兩種TD-SCDMA切換特性測試方法。

3.1 方法一

圖3 測試方法一的連接結構

測試方法一的連接圖如圖3所示，其具體過(guò)程如下所述。

⑴用TD-SCDMA信號源1單獨產(chǎn)生下行時(shí)隙信號，并與連續波CW信號源1合路后輸出；用TD-SCDMA信號源2單獨產(chǎn)生上行時(shí)隙信號，并與CW信號源2合路后輸出；為了對信號源的保護，合路后的信號一般經(jīng)過(guò)30dB衰減器后經(jīng)環(huán)行器接入直放站。

⑵輸入直放站的信號采用TD-SCDMA信號和CW信號的合路信號，目的是為了準確地看出直放站的開(kāi)關(guān)切換時(shí)間和上下行打開(kāi)的時(shí)間提前量和關(guān)閉的時(shí)間滯后量。

⑶對于直放站輸出經(jīng)環(huán)行器后的信號也要接30dB或40dB衰減器，確保直放站的收發(fā)隔離度大于增益10dB，避免產(chǎn)生自激。

⑷10MHz同步信號是儀器本身產(chǎn)生的標準參考源，由頻譜儀(10MHz OUT)輸出分別輸入另兩臺信號源(10MHz IN)，互連可以防止幀結構的抖動(dòng)，確保測試精度小于0.1μs。

⑸由外部提供的低頻觸發(fā)信號同時(shí)連接三臺儀器的外觸發(fā)輸入是為了產(chǎn)生的上下行TD-SCDMA格式信號能同步，在頻譜儀上的顯示掃描也能同步。這樣才能準確地測出各個(gè)指標的時(shí)間誤差。

以Agilent公司的E4438C矢量信號源和E4440A頻譜儀為例，這種方法的測試流程為：

⑴將TD-SCDMA信號發(fā)生器1和TD-SCDMA信號發(fā)生器2產(chǎn)生有上下行規定時(shí)延的測試模式1信號，觸發(fā)方式設為外部觸發(fā)，并將信號電平設置在直放站啟動(dòng)靈敏度電平以上。

⑵開(kāi)啟CW信號發(fā)生器1和CW信號發(fā)生器2，調整其輸出電平低于TD-SCDMA 信號電平20dB。

⑶將直放站設置為正常工作模式下，直放站增益為最小。

⑷設置頻譜儀掃寬為0Hz（Span=0）、RBW=3MHz、SweepTime=2ms、觸發(fā)方式設為外觸發(fā)輸入。

⑸設置頻譜儀的觸發(fā)延時(shí)（TrigDelay=-750μs）,并減小掃描時(shí)間（SweepTime），即可放大GP值，然后再局部放大，分別精確讀出功率切換開(kāi)關(guān)的關(guān)閉滯后量、轉換間隔、開(kāi)啟提前量及切換抖動(dòng)，如圖4所示。

圖4 頻譜分析儀上相關(guān)數據

⑹加大頻譜儀掃描時(shí)間值，調節TD-SCDMA信號發(fā)生器產(chǎn)生模式1信號的時(shí)隙配置，即3:3、4:2、5:1，頻譜儀測試并計算時(shí)隙調整偏差。

⑺開(kāi)關(guān)TD-SCDMA信號源或GPS接收機，觀(guān)察功放開(kāi)關(guān)同步控制功能。

⑻對第二切換點(diǎn)時(shí)域切換特性測試，要根據上下行時(shí)隙配置比，計算增加頻譜儀的觸發(fā)延時(shí)值，即可顯示第二切換點(diǎn)的時(shí)域圖，第二切換點(diǎn)的保護時(shí)隙GP長(cháng)度為16碼片（占12.5μs），測試方法同上。

測試不同類(lèi)型的直放站，衰減器要根據上下行最大輸出功率略作調整，以保證輸出信噪比和上下行隔離度足夠好。如干放或光纖站上行發(fā)射功率很小，在連接圖（圖3）中左側的兩個(gè)衰減器可去掉。輸出功率衰減調節不當的后果：功率太大會(huì )燒毀儀表，太小會(huì )使信號矢量幅度誤差（EVM）值變差（即信噪比變差）。

3.2 方法二

另一種測試方法用一個(gè)TD-SCDMA信號源產(chǎn)生上下行所有時(shí)隙信號，由于上下行輸出功率的不對稱(chēng)，一般發(fā)生上行時(shí)隙的功率要比下行時(shí)隙的信號功率小，由TD-SCDMA信號源EVENT1輸出觸發(fā)頻譜儀EXT TRIGGER INPUT來(lái)進(jìn)行，如圖5所示。

圖5 測試方法二的連接結構

3.3 兩種方法的比較

測試方法一的主要優(yōu)點(diǎn)有：上下行輸入功率可以分別靈活調節，在進(jìn)行各項指標測試時(shí)比較方便，且不需考慮直放站的信號輸入端的隔離，在測試過(guò)程中只需考慮直放站的信號輸出端的隔離度。其缺點(diǎn)在于信號源較多，還需要外部觸發(fā)源，提高了測試成本。如果缺少外部觸發(fā)源，也可用TD-SCDMA信號源1的EVENT1輸出觸發(fā)TD-SCDMA信號源2和頻譜儀，但需要補償TD-SCDMA信號源2的啟動(dòng)時(shí)延（需要單獨用頻譜儀先校準，E4438C約4μs）。

測試方法二的主要缺點(diǎn)有：在改變信號源功率時(shí)，上下行時(shí)隙功率會(huì )同時(shí)改變而不能單獨控制，而且在測試過(guò)程中必須考慮直放站的信號輸入端和信號輸出端兩個(gè)回路的隔離度，確保直放站在最大增益時(shí)不自激。其優(yōu)點(diǎn)在于少用了兩臺測試信號源，而且不需考慮產(chǎn)生上下行時(shí)隙的同步問(wèn)題，一定程度上降低了測試成本。

4 結束語(yǔ)

利用本文所述的兩種方法，我們可以通過(guò)帶TD-SCDMA功能的矢量信號源和連續波信號源，利用高精度頻譜儀，在時(shí)域上清晰地觀(guān)察和分析TD-SCDMA信號的幀結構、各時(shí)隙狀態(tài)及上下行切換特性，優(yōu)化TD-SCDMA直放站產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)流程，便于更好地開(kāi)展相關(guān)產(chǎn)品的入網(wǎng)或型號核準測試。