第三代移動電話測量技術

2019-11-03 09:43:02

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供稿：網友

　　隨著第二代移動電話的成功普及，第三代移動電話已成為90年代后期無線通信發展的焦點。發展第三代移動電話最初的目標，是希望制定一個全球一致、且能夠在各種不同的通信環境下皆可使用的通信系統，達到“隨時、隨地可和任何人通話”的目的。同時，第三代通信系統希望通過利用無線的方式提供語音、圖像、數據等多媒體傳輸業務，讓用戶能夠利用此系統作多元化的通信應用。
　　目前整個通信規范雖然還正在制定中，但幾個主要被用來滿足第三代移動通信系統儀器的通信技術，都是屬于寬帶碼分多址（WCDMA）方式。該方式可分為2類：
　　●一種是用多重載波（MC）方式來提高第二代移動電話中單一載波碼分多址系統的容量；
　　●另一種使用直序擴譜（DSSS）方式，將基帶語音或數據信號作頻寬擴展。
　　如果對應到目前主要的通信規范上，美國所提出的CDMA2000主要采用多重載波方式（直序擴譜也被包括在此規范中），而歐洲、日本等提出的W-CDMA采用的則是直序擴譜技術。
　　CDMA2000以及W-CDMA的測試規范雖然都還在制定的過程中，然而已知道CDMA2000可與第二代碼分多址系統相容，同時W-CDMA和第二代碼分多址系統同樣使用直序擴譜技術。因此根據第二代系統的測量規范及經驗，再考慮第三代系統的變革。可初步歸納出幾個關鍵測量項目。以下針對這些測量項目加以介紹。

　　鄰道功率比（ACPR）
　　這是第二代碼分多址系統中放大器的主要測試項目，亦可視為是傳統元件測試中“2/3階互調”的延伸。由于碼分多址信號屬于寬頻信號，若將它視為大量的單頻音之組合，那么這些單頻音通過非線性放大器所造成的互調失真便形成鄰道信號的頻率的增量。若待測放大器的特性曲線不夠線性化，導致鄰道信號功率過大，便會影響通信質量。
　　鄰道功率比測量需要信號源和頻譜分析儀。信號源產生一個第三代碼分多址的模擬信號，輸入到待測放大器之后，再將放大器送出的信號用頻譜分析儀來觀察。此時頻譜分析儀的測量動態范圍必須夠大，以符合鄰道功率比測試規格的要求。在第二代碼分多址系統中，一般定在885kHz頻偏位置，基站功率放大器的鄰道功率比必須小于-55dB，而手機放大器的鄰道功率比必須小于-40dB。此外，頻譜分析儀應能夠針對數次測量的功率結果進行平均計算。而在信號源方面，同樣是碼分多址信號，不同的碼通道構成的組合、調制方式、各碼通道中符號元速率及相對時序微調都會造成不同的統計特性。一般而言，用峰均值功率比的概率分布來表示一個碼分多址信號的統計特性。通常進行鄰道功率比測試所用的信號源必須能夠明確界定這些會影響信號統計特性的參數，以產生正確的測試信號。通常可利用附加在信號源或頻譜分析儀上的互補累積分布函數（CCDF）測量歸納來確認測試信號的特性。此外，測試信號源本身的鄰道功率比也必須優于待測元件的測試規格，避免發生測試結果不良是由于測試信號不良的影響。

　　碼域功率（CDP）
　　正如在頻分多址FDMA系統中測量頻域功率、在時分多址系統中測量時域功率一樣，為了了解碼分多址系統中每個通信信道的功率分布狀況，我們必須測量碼域功率。然而和所有第二代系統不同的是，第三代系統每個通信信道所承載的是不同位元速率的信息，同時代表每個通信信道的沃爾什碼長度也可能不同。根據第三代系統產生的沃爾什碼的運算程序，我們可以用不同的碼層來區分不同長度的沃爾什碼。以CDMA2000系統為例，不同的無線電配置對應不同的位元速率及沃爾什碼長度，其中4位元沃爾什碼屬于第2碼層、8位元沃爾什碼屬于第3碼層、依此類推，長度為2n之沃爾什碼屬于第2n碼層。
　　因此在觀察碼域功率時，除了區分不同的碼通道及其所占的功率大小之外，我們還希望能分辨出每個碼對應的位元速率所屬碼層，才能對整個碼域組合有全盤的了解。
碼域功率分布屬于發射器的測量項目之一。當在碼域觀測到的噪聲位準比理想狀況高出許多時，我們可以判斷被測系統會產生與各碼通道不相關的干擾信號源。其中有噪聲的影響，但一般更常見的原因是本地振蕩泄漏或是I/Q調制過程出了問題。真正的原因可進一步通過頻域或解調測量出來。

　　誤差向量值（EVM）
　　誤差向量值的測量可用來驗證所有的數字調制系統發射信號的調制品質。如果利用一個極坐標（或I/Q平面）表示數字調制信號的變化軌跡，那么任何時刻信號的大小便與此時軌跡到坐標原點的距離成正比，同時信號的相位便是此時軌跡與原點連線和正水平軸之夾角。換句話說，一個數字調制信號可以用一個坐標平面上的向量來表示，而任何時刻理想信號軌跡與實際被測信號軌跡的差異便能夠用一個差向量來表示，這個差向量的大小便定義為誤差向量值。誤差向量值愈大表示被測信號的調制品質愈差。
在碼多分址系統中，誤差向量值可分為未編碼及編碼后兩種。未編碼的誤差向量值是在被測信號被解調后，尚未經過解擴和解碼前測量出來的；同時儀器所參考的理想信號是由被測信號中檢測出的chip（展頻后的位元）運算出來的。這種誤差向量雖然不能顯示出編碼器可能存在的問題，但仍能夠很快地反應任何基頻濾波器、I/Q調制、中頻或射頻電路設計中的缺陷。
　　而編碼后的誤差向量值是被測信號完全被解成基帶信號后，根據這些基帶的位元信息經過編碼產生理想信號，再比較被測信號及理想信號才計算出來的；這種誤差向量值能夠反應編碼器的問題、基帶濾波器機時序控制電路的誤差、I/Q調制器的異常以及功率放大器的失真等現象。

　　靈敏度測試
　　在測試第三代通信系統的接收器性能時，最基本的項目如往常一樣，是靈敏度測試。靈敏度測試主要是決定信號功率很小時，接收器收發還能滿足某個性能。通常這個標準是以誤碼率BER來衡量。在ITU規范中，定義語音信號必須滿足不超過10^-3的誤碼率，而數據信號的誤碼率則必須小于10^-6。雖然在第二代碼分多址系統中并非用誤碼率，而是用幀誤碼率FER來定義接收器的性能，但通常在原始設計模型的測試階段，還是用誤碼率為標準。
　　在進行靈敏度測試時，我們會需要一個標準信號源，這個信號源應能輸出偽隨機序列，以模擬實際系統工作時信號的隨機性。該信號源輸出的信號送到待測接收器之后，接收器解出來的數字信息將送人誤碼率測試儀，與標準未隨機序列作比較。另外我們已知不同的編碼的第三代碼分多址信號通信會有顯著的差異，其中信息格式插入點的不同代表了模擬信號與實際系統信號的差異性。若在循環冗余碼CRC之前插入，則被測技術要將測試循環完全解調解碼后，才能計算誤碼率，相當于測試待測接收器的整體效能；而若在擴展頻譜之前插入信息格式，則待測接收器只要將測試信號進行解擴后，就可以計算誤碼率了，相當于測試待測接收器的解擴電路性能。由此可知，改變信息格式的插入點能使我們對接收器進行分階段測試。

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