3G基站發(fā)射機性能測試與分析

　　在當前快速發(fā)展的第三代無(wú)線(xiàn)通信系統中，為了達到更高的傳輸率需要采用高度復雜的調制系統，這給工程師帶來(lái)了新的挑戰，本文向中國測試和測量工程師簡(jiǎn)要介紹了3G基站發(fā)射機需要測試和分析的關(guān)鍵參數及其意義。

　　在當前快速發(fā)展的第三代無(wú)線(xiàn)通信系統較之先前的第二代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )極大的改善了系統性能和服務(wù)質(zhì)量。為了達到更高的傳輸率，３Ｇ采用高度復雜的調制系統．各種3G基站系統的快速發(fā)展對WCDMA射頻部分、碼域部分性能穩定運行提出了更高的要求，UMTS基站系統的維護測量日益要求測量人員進(jìn)行頻域、時(shí)域、幅度域、調制域等全方位的性能評估．這給工程師帶來(lái)了新的挑戰．

　　WCDMA UMTS Node B發(fā)射機的特征描述包括射頻頻譜描述和碼域解調描述兩大部分，基于這種描述的測量可以使用具有解調功能的手持式頻譜分析儀進(jìn)行。例如來(lái)自安立公司的新型手持式基站測試儀MT8220A，該款WCDMA發(fā)射機便攜測試儀不僅包括傳統意義上的基于信號頻譜的分析能力，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)射機必須測量的調制域分析能力，包括了雜散特性測量、矢量誤差幅度(EVM)測量、載波饋通測量、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)，公共導頻信道(CPICH)，主導頻信道絕對功率電平等調制域指標。

　　圖1：碼域解調測量；

　　碼域解調測量

　　通過(guò)利用先進(jìn)的半導體技術(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的重量下達到比美普通臺面式儀表的指標與性能．基于全新高性能7.1GHz頻譜分析儀平臺,配上功能強大的WCDMA解調功能，真正實(shí)現在任何時(shí)間任何地點(diǎn)進(jìn)行測量與分析．低至-153dBm平均噪聲底電平在手持式儀表中也是遙遙領(lǐng)先．當中也加強了儀表在測量譜輻射掩模(Spectral Emission Mask)與ACLR的性能與指標(圖1)．

　　UMTS WCDMA發(fā)射機測試

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

　　ACLR測量----通常由于線(xiàn)性功率放大器的非線(xiàn)性導致系統產(chǎn)生較高的ACLR，鄰道功率泄漏對信道本底噪聲有所貢獻。它直接降低系統冗余量/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(guò)高的值將給手機用戶(hù)帶來(lái)所謂的遠近效應。手持式頻譜分析儀通常內置了信號濾波器，這種濾波器嚴格定義了ACLR測量的帶寬和形狀系數以滿(mǎn)足3dB帶寬嚴格等于碼片速率。通過(guò)MT8220A內置的ACLR測量模式，用戶(hù)可以精確得到偏離載波5MHz及10MHz的精確泄漏值。

　　信號雜散測量---MT8220A同時(shí)提供WCDMA雜散測試模式，內置標準的3GPP雜散模板，隨著(zhù)信號大小的變化，模板測量將指示雜散指標是否PASS或者FAIL，簡(jiǎn)潔的結果顯示便于用戶(hù)識別。

　　碼域解調測量---MT8220A提供的碼域解調測試模式提供對WCDMA信號質(zhì)量的測試，該測試模式可以對P-CCPCH、S-CCPCH、P-SCH、S-SCH、PICH、CPICH、P-CPICH信道的絕對功率測量及碼道功率、EVM、載波饋通等參數的測量。在這種模式下，MT8220A解調接收到的信號并提供三種顯示模式：碼域功率顯示、碼譜顯示、調制一覽表顯示。碼域功率顯示所有選擇的OVSF碼，P-CPICH、P-SCH 和S-SCH 信道上適當的功率電平對優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )容量和質(zhì)量至關(guān)重要。只有能夠正確解調發(fā)送的信號、并在碼域中分析功率電平的測試設備，才能進(jìn)行這些功率測量。這些信號決定著(zhù)小區覆蓋范圍，必須設置在適當的限度內。

　　圖2：調制項目一覽表顯示。

　　碼譜圖測試---用顏色標度顯示碼域功率，在縱軸上從底部到頂部構建不同時(shí)間的顯示畫(huà)面，同時(shí)包括功率與碼信道的每條后續軌跡。碼譜圖顯示了具有不同數據速率和業(yè)務(wù)需求的基站的特性。通過(guò)評估碼譜圖，可以獲得與W-CDMA系統有關(guān)的重要診斷信息。這為檢驗和分析基站中的業(yè)務(wù)信道和信令信道的特性提供了一種有效的方式。數據速率高的信號通常迅速傳送，通過(guò)其它方式是很難觀(guān)察的。碼譜圖分析還可以跟蹤不同時(shí)間上的業(yè)務(wù)負荷，顯示呼叫量和呼叫功率。

　　空中測量模式---這三種模式用戶(hù)可以通過(guò)天線(xiàn)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的測量往往只能完成對占用帶寬、ACLR、雜散特性、峰均比的測量。通過(guò)空中接口，MT8220A能夠幫助用戶(hù)自動(dòng)捕捉信號最強的6組擾碼，用戶(hù)也可以通過(guò)手動(dòng)方式來(lái)指定擾碼號。擾碼分析檢測每個(gè)接收的WCDMA下行信號的導頻功率電平，這里顯示為(Ec)。擾碼分析還檢測周?chē)肼?，并使用周?chē)肼?Io)計算Ec/Io。這在WCDMA 中相當于每個(gè)扇區的信噪比，從而可以簡(jiǎn)便地確定該地點(diǎn)的覆蓋質(zhì)量。在空中測量模式中MT8220A提供的測量信息包括總功率、導頻功率(CPICH)、Ec/Io、Ec及導頻容限參數。

　　調制項目一覽表顯示

　　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試工具對于系統的運行和維護顯得非常重要。這縮短了系統中斷時(shí)間和維護任務(wù)，及保證了客戶(hù)滿(mǎn)意度。傳統的大型專(zhuān)用測試儀成本太高、過(guò)于笨重、在現場(chǎng)實(shí)地應用中使用起來(lái)過(guò)于復雜。MT8220A是專(zhuān)門(mén)為基站技術(shù)人員和現場(chǎng)RF工程師設計的,它率先為網(wǎng)絡(luò )運行管理人員提供了優(yōu)異的性能、可用性和價(jià)值。MT8220A提供的測試套件幫助用戶(hù)在PC上進(jìn)行測量結果的詳細分析，用戶(hù)可以方便的將測得的數據以。JPG和。DAT的方式下載到電腦上進(jìn)行基站維護報告的撰寫(xiě)。

　　輕便式的外形設計給工程師提供一種隨身的工具．在面對3G測試和測量挑戰時(shí)，希望可以減輕工程師的負擔．

　　掌握關(guān)鍵技術(shù)指標應對3G測試面臨的挑戰

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

　　進(jìn)入3G以后，中國工程師和海外工程師所面對的挑戰是一樣的?，F在手機追求的是達到更高的傳輸率，在GSM上比較普遍的是測量駐波比和回波損耗，沒(méi)有實(shí)際的需要來(lái)測試解調的參數?，F在用QPSK、16QAM或8PSK調制，這些都是復雜的調制方式，因此，需要測試一些過(guò)去2G時(shí)代不需要測試的項目，例如EVM(Error Vector Magnitude)，增加了以前沒(méi)有注重那一類(lèi)的參數測試。

　　當然，有很多參數測也行，不測也行，但是，如果不測的話(huà)，有些問(wèn)題可能就無(wú)法發(fā)現，往后可能會(huì )對整個(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，手持測試主要針對現場(chǎng)或外場(chǎng)的測試，80%以上客戶(hù)采用Site Master。

　　目前，韓國主要采用CDMA或CDMA2000，或者是EVDO的系統，他們也有WCDMA系統，所測試的項目比我在其它國家看到的要多，包括通道功率(Channel Power)、EVM、ACLR、OBW和頻譜輻射掩模(SEM,Spectrum Emission Mask)等等，因為只有通過(guò)全面測試才能發(fā)現一些干擾信號，才能由此對整個(gè)系統進(jìn)行修正。

　　目前，中國出現的問(wèn)題是工程師本身可能并不知道需要測試什么參數？如果以2G測試的做法來(lái)做3G的測試，在服務(wù)質(zhì)量上可能會(huì )受到一些影響。半年以來(lái)，亞太地區很多工程師進(jìn)行了駐波比和回波損耗的測試之后，就進(jìn)行路測，調制參數就完全沒(méi)有測。存在這樣的問(wèn)題也許是工程師不了解調制參數測試的重要性，例如EVM測試，如果調制指標沒(méi)有達到的話(huà)，就可能造成掉話(huà)等問(wèn)題。

　　具體來(lái)說(shuō)，EVM是誤差向量幅度的意思，它以符號來(lái)表示數據的傳輸速率，例如簡(jiǎn)單的ＢPSK就只有簡(jiǎn)單的兩個(gè)符號，兩者相差180度；但是，在QPSK的時(shí)候就有四個(gè)符號，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)角落就是符號的位置，EVM就是測試符號是否在角落上的那個(gè)位置，看偏離有多遠。例如，在WCDMA下主要是BPSK和QPSK調制，在HSDPA會(huì )用到8PSK，進(jìn)一步會(huì )用到16QAM，以16個(gè)符號來(lái)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，EVM測量以百分比來(lái)表示符號偏離其位置的大小，它是基站測試中很重要的指標。

　　總的看來(lái)，隨著(zhù)傳輸率的提高，某些以前不需要測試的參數，現在需要測試了，工程師一方面須要更深地了解新的測試參數，另一方面現場(chǎng)未必有相關(guān)的測試設備，測試時(shí)間將增加50%，這是他們面臨的挑戰之一。

　　在3G測試設備領(lǐng)域， MT8220A頻譜分析儀的頻率最高可以達到7.1GHz，在2.9Kg這個(gè)體形下，這臺頻譜儀的指標已經(jīng)在很多方面達到臺式機的水平，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，盡管陸續有很多競爭對手推出跟我們類(lèi)似的功能，但是，在現場(chǎng)測試領(lǐng)域我們還是占有領(lǐng)先地位。

　　盡管3G標準持續變化，但是我們的測試設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，能夠避免短期內對硬件升級提出新的要求。今后，如果3G增加新的解調功能，只要軟件升級就可以了。

　　通過(guò)與競爭對手的比較，發(fā)現許多競爭對手并沒(méi)有譜輻射掩模這個(gè)測試項目。ACLR是在臺面儀器才能做的測試，在我們第三、第四代的頻譜分析儀還達不到這方面的性能。儀器的動(dòng)態(tài)范圍或者相位噪聲的指標如果不夠好，在測量EVM、SEM和ACLR上面就會(huì )受到影響。

　　例如ACLR的測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，它測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(lái)高一些，主要是因為底噪聲不夠低造成的。這樣一來(lái)就會(huì )影響整個(gè)測試的效果。因此，有些測試設備廠(chǎng)家的儀器甚至不能測試SEM。它主要測試基站發(fā)射機是否有一些雜散或干擾的信號，測試過(guò)程中會(huì )自動(dòng)設置一個(gè)MASK作為門(mén)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、很重的儀表到現場(chǎng)進(jìn)行測試，價(jià)格上也比臺式儀器低。未來(lái)的發(fā)展是集成更多的儀器功能，為了縮短測試時(shí)間，我們有儲存的功能，一個(gè)文檔就可以收集所有的測試參數，從而不必擔心現場(chǎng)數據的遺漏儲存。我們的頻譜儀配置了以太網(wǎng)和USB口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現遠程的控制。

　　移動(dòng)通信80%的客戶(hù)采用了我們的Site Master測試設備，主要用于維護和工程測試。今后，我們會(huì )根據客戶(hù)的要求增加新的功能，而主要是在這個(gè)高性能硬件平臺和DSP上把新的功能不斷地加上去，就會(huì )給測量工程師應對測量挑戰方面提供一個(gè)好的方案。重點(diǎn)考慮的就是HSDPA的測試，以及其它的解調方式。

　　作者: Tan Hock Leong

　　安立公司亞太區市場(chǎng)經(jīng)理

　　Email: tan.hockleong@sg.anritsu.com