數字無(wú)線(xiàn)系統的測試和測量范例

隨著(zhù)業(yè)界向2.5G和3G系統的升級，今天功率放大器設計人員面監新的設計挑戰。建議采用的混合系統使服務(wù)供應商可以在支持現有基礎設施的情況下平滑地過(guò)渡到3G系統。這種結合多載波和多系統可用來(lái)降低系統成本、適應數據服務(wù)的要求并擴展市場(chǎng)覆蓋面。

下一代無(wú)線(xiàn)電

軟件定義的無(wú)線(xiàn)電（SDR）是能夠推動(dòng)這變化的技術(shù)。在多載波和多調制方案情況下，放大器設計人員在測試性能時(shí)遇到了更多難題。這同時(shí)也要求在測試和測量中采用新的架構。

要在3G系統中實(shí)現軟件定義的無(wú)線(xiàn)電方案，設計者必須先在測試實(shí)驗室內對放大器性能進(jìn)行先在測試實(shí)驗室內對放大器性能進(jìn)行徹底的測試。為有效地實(shí)現這一點(diǎn)，必須采用最新的模塊化測試和測量配置。本文討論的模塊化解決方案充分利用了高線(xiàn)性度數模轉換器（D/A）、GB級固體存儲器和寬帶射頻（RF）上/下變頻器的優(yōu)點(diǎn)。因此，在實(shí)驗室和生產(chǎn)測試中都可以提供非常真實(shí)的測試條件。采用這些新的測試方法，可以全面地仿真實(shí)際的累積分布函數（CCDF）；產(chǎn)生多載波和多標準信號；提供頻譜非常純的信號?？梢詫π碌臄底志€(xiàn)性化技術(shù)進(jìn)行測試，從而驗證用來(lái)提高功率放大器件能的新算法的有效性。業(yè)界采用這些新的放大器設計就需要更復雜的具有模塊化結構的信號測試設備。

放大器測試

過(guò)去，功率放大器的測量通常采用基于同相和正交（IQ）調制器的信號發(fā)生器。此類(lèi)儀器最初是針對產(chǎn)生單載波而優(yōu)化的，為了滿(mǎn)足目前多載波測量的需求進(jìn)行了擴展。特點(diǎn)是采用雙D/A轉換器的模擬IQ調制電路和波型存儲器。其功能對單標準測試的情況是足夠。但此類(lèi)發(fā)生器（參見(jiàn)圖1）具有內在的限制，也正是這種限制促使基部設計人員轉而采用軟件定義的無(wú)線(xiàn)電概念進(jìn)行基站的設計。

IQ結構對I和Q基帶部分、相位偏移幅度定義的不均衡以及DC偏置所引起的信道失衡問(wèn)題很敏感。當多載波頻譜相對于射頻載不對稱(chēng)時(shí)，IQ結構變得更難優(yōu)化。信號容易漂移，需要進(jìn)行手動(dòng)調整，因此需要操作員不停地反復調節。所有這些失衡問(wèn)題都會(huì )對輸出產(chǎn)生干擾，并使得相鄰載波功率（ACP）測量不能達到最佳狀態(tài)。而對功率放大器測試來(lái)說(shuō)，調節相鄰載波功率比（ACPR）性能達到最佳是非常重要的。

測試平臺

采用軟件定義的無(wú)線(xiàn)電概念作為矢量信號發(fā)生器的結構基礎，可以消除目前基于IQ的發(fā)生器具有的許多缺點(diǎn)。這一概念采用了單個(gè)D/A轉換器和一個(gè)中頻（IF）至射頻（RF）上變頻鏈（參見(jiàn)圖2）。它模仿了最新的基站設計結構。在D/A轉換器后增加GB字節級的存儲器可以使測試信號的發(fā)生具幾乎無(wú)限的靈活性。從而具有生成多載/多標準信號的能力，以及記錄和回放實(shí)際現場(chǎng)的頻譜記錄。這種硬件與直觀(guān)的“矢量信號仿真”軟件相結合，使測試工程師和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可以得到所需要的無(wú)限的多載波/多標準信號組合。矢量信號仿真軟件使設計者可以發(fā)出與設備供應商的調制方案不同的專(zhuān)用算法和和客戶(hù)化調制方案。為了進(jìn)行重要的CCDF統計測量，需要產(chǎn)生長(cháng)時(shí)間的仿真信號?？梢陨啥噍d波/多標準信號用于測試最新的2G、2.5G、3G基站配置的放大器性能。

在目前基于I/Q的測試平臺中，本地振蕩（LO）載波頻率的抑制主要依賴(lài)于I/Q調制器的保真度。在這種設計，需要苛刻的相位/幅度匹配和直流抑制，才能保證性能優(yōu)化。

因此這種設計對漂多敏感，導致的頻譜和星座失衡會(huì )嚴重地限制測試結果的質(zhì)量。這種漂移與部件內在的統計變化直接相關(guān)。

與此相反，基于數字IF的測試平臺則利用RF帶通濾波器，并通過(guò)優(yōu)化選擇IF和LO輸入間的頻率偏移來(lái)抑制RF載波?；跀底諭F的測試平臺消除了由于I/Q漂移（相位、幅度以及直流偏移）引起的失衡。通過(guò)D/A過(guò)程產(chǎn)生基本頻率來(lái)達到最高的性能。然后對這一信號進(jìn)行上變頻從而保持高保真度的輸出。采用新結構的平臺性能比目前設備至少提高10dB。這一平臺提供了無(wú)與倫比的保真度，同時(shí)還具有足夠的測試靈活性、模塊化結構以及高純度的信號?；跀底諭F的測試平臺概念與目前的用于新設計的基站結構相匹配。

應用前景

矢量信號發(fā)生器擴展為完全數字化無(wú)線(xiàn)收發(fā)結構，可以構成一個(gè)模塊化的端到端測試裝置，為測試仿真提供發(fā)射和接收的雙向通道。這一測試裝置實(shí)現了多域測試功能，可以仿真和產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)設備中的數字、模擬和射頻信號。在這一硬件平臺基礎上，通過(guò)增加面向應用的軟件，還可以提供對邏輯、時(shí)間、頻譜、調制和編碼域的測試。實(shí)驗室和生產(chǎn)應用還可以從這一新結構獲得“測試設備級”水平的無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能的復制能力。

雙向測試功能

具有同時(shí)模仿發(fā)送和接收通路能力的單臺測試儀器、使無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器、數字信號處理器和放大器設計人員可以并行工作而不是串行工作。對構成無(wú)線(xiàn)通信基礎設施各層子系統來(lái)說(shuō)，必須在組合件、模塊和器件水平上進(jìn)行安全的測試。并行的測試工作使設計分析和接口問(wèn)題可以在設計過(guò)程的早期浮現出來(lái)，這意味著(zhù)產(chǎn)品上市時(shí)間明顯改善。圖3示出一個(gè)典型的基站。通過(guò)模塊化的接口，任何單個(gè)輸入或輸出都可以通過(guò)軟件加以控制，從而用單個(gè)儀器即可實(shí)現典型的或特殊的測試組合。傳統上，這需要七種獨立的設備：模式發(fā)生器、邏輯狀態(tài)分析儀、任意波型發(fā)生器、深度存儲數字示波器、信號發(fā)生器、調制分析器和頻譜分析儀。所有些儀器都可以用無(wú)線(xiàn)測試的數字化無(wú)線(xiàn)收發(fā)結構來(lái)取代。

采用這一模塊化數字無(wú)線(xiàn)收發(fā)方法進(jìn)行無(wú)線(xiàn)測試時(shí)，通過(guò)測試設備模仿數字中頻發(fā)送和接收的數據流，DSP設計人員可以測試其代碼和硬件。無(wú)線(xiàn)設計人員則可則同時(shí)模仿信道處理器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)輸入，從而可以對射頻模塊獨立地進(jìn)行驗證。通過(guò)模仿多載波/多標準的無(wú)線(xiàn)收發(fā)輸出，功率放大器設計人員可以測試他的設計。這些測試信號仿真了建立中的3G系統的寬帶頻譜。

集成的優(yōu)勢

將許多分立的測試設備合并成為一個(gè)前所未有的集成度的儀器是值得歡迎的。目前迫切需要高度集成的儀器來(lái)滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)業(yè)界的特殊要求。在同一個(gè)儀器內同時(shí)仿真發(fā)送和接收通道是無(wú)線(xiàn)測試和測量的新范例。目前，此類(lèi)剛剛出現的工具。將成為未來(lái)業(yè)界的標準。