多标准无线电基站发射机测试挑战
互联网 2022-11-29

下一代基站发射机和接收机将会支持更宽的带宽,不仅包括采用单一无线制式的多载波(MC),还包括在单一发射机路径中的多种制式。例如,GSM、W-CDMA和LTE多载波可以同时从一个多标准无线(MSR)基站单元进行传输。蜂窝网络可以支持多种制式,这对于降低基站规模和成本而言十分重要。鉴于此,预计 MSR 基站将会从当前已部署的2/3G无线制式顺利而稳定地过渡到3.9G(例如LTE)、甚至是4G(例如 LTE-Advanced)技术。这对于网络运营商、服务提供商和消费者来讲是一个好消息。但采用MSR MC配置也是有代价的,即必须对MSR基站发射机进行测试。为确保MSR基站的顺利部署,有必要通过一种快速、高效的途径来应对测量挑战。

新的要求

当基站支持多个无线接入技术时,3GPP第9版标准包含一系列有关MSR的文档(3GPP TS37第9版),特别是基站一致性测试。这些文档覆盖了采用3GPP频分复用(FDD)制式(例如LTE FDD、W-CDMA/HSPA和GSM/EDGE)和3GPP时分复用(TDD)制式(例如LTE TDD和TD-SCDMA)的MSRMC组合。与接收机一致性测试要求相比(类似于每个单制式的多载波),必须在MSR多载波配置场景中执行发射机一致性测试。

当测试MSR多载波激活配置时,TS37文档定义的射频要求指定了信道功率测量、误差矢量幅度(EVM)、频率误差(计算过程与EVM相同)、杂散发射、工作频段杂散或频谱发射模板(SEM)。在测试每个单制式单载波时,要求对ACLR、占用带宽(OBW)及发射机分支的时序进行测量。尽管MSR多载波激活配置并不需要对上述三种测量进行测试,但一些基站制造商仍然想要在该配置下进行测试。在该配置中进行测试,与实际应用情景相差无几。它覆盖了被测基站所支持的全部制式,可为用户提供出色的测试效率。

执行频谱测量

MSR频谱测量与单制式测试极为相似,可通过信号分析仪或频谱分析仪(SA)的扫描分析功能,或矢量信号分析仪的快速傅立叶转换(FFT)分析来完成测量。鉴于频宽通常大于单载波测量所用频宽,因而扫描分析更加适合带外或通道外测量(例如杂散发射、ACLR和SEM)。

图1显示了载波信道功率测量的扫描频谱视图,它根据3GPP TS37.141定义的MSR一致性测试进行测量。在本例中,专用MSR测量应用软件(基于扫描式SA的MSR信道功率测量)可使测量变得简单。或者,也可手动配置扫描式SA,使其具备恰当的分辨率带宽(例如100kHz),足够窄的分辨带宽可以区分GSM载波,并为每个感兴趣的载波添加集成频带功率游标。

图1,使用在X系列信号分析仪上运行的Agilent N9083A MSR测量应用软件来执行多载波通道功率测量。MSR被测信号是3GPP测试配置4c(TC4c)的一个示例,假设基站发射机的射频带宽为25MHz。它包括总计6个GMSK/8PSK MC(在射频带宽的最低和最高频偏上各有3个载波)、2个W-CDMA载波和1个LTE FDD 10MHz载波。

图1,使用在X系列信号分析仪上运行的Agilent N9083A MSR测量应用软件来执行多载波通道功率测量。MSR被测信号是3GPP

测试配置4c(TC4c)的一个示例,假设基站发射机的射频带宽为25MHz。它包括总计6个GMSK/8PSK MC(在射频带宽的最低和最

高频偏上各有3个载波)、2个W-CDMA载波和1个LTE FDD 10MHz载波。

数字调制质量的测量

在评测信号调制质量时,例如测量MSR多载波激活配置中每个载波的EVM,测试工程师考虑的主要方面是如何在MSR基站射频端口所支持的宽带宽内一次性采集所有可用的激活载波。记住,该规范没有强制要求借助具有宽带采集前端的分析仪同时捕获所有的激活载波。

对于发射机一致性测试,使用被测器件的任意重复码型波形来进行测量,例如测试模式(TM)。3GPPTS37.141 MSR基站一致性测试标准定义了几个被称之为测试配置(TC)的用于测试的MSR多载波配置格式。因此,即便是不使用宽带前端硬件来同时捕获所有可用的MSR载波,发射机一致性测试也可借助传统的信号采集方法来完成。

本质上讲,测试工程师顺序地使用恰当的窄采集输入带宽前端来捕获每个单载波并逐个进行调制质量测量。第二步,工程师将频段转到第二个载波,捕获并测量EVM,以此类推。这种方法不需要通过昂贵的宽带前端硬件一次性覆盖所有的载波,也不需要在捕获宽带信号之后使用大型波形采样计算EVM,因而被工程师视为简单易用、经济高效的方法。目前最宽的蜂窝载波带宽是LTE的20MHz带宽。但LTE-Advanced又会如何呢?根据LTE第10版规定,LTE-Advanced将支持高达100MHz的系统带宽。由于LTE-Advanced支持载波聚合,每个元器件载波都具有高达20MHz的带宽。用户需要花费额外的时间和精力逐个转换每个载波测量,但所花费的时间和精力将完全取决于测试仪/分析仪设备或外部控制程序中的连续捕获和解调计算过程/算法。如果选择“对每个载波进行快速LO和模式转换”,那么它在吞吐量方面的劣势会很不明显。

使用宽带宽分析仪硬件对全部感兴趣的载波进行同时捕获的成本要高于窄带宽硬件,但对MSR无线器件中的瞬时事件进行验证和故障诊断时(例如功能设计验证和实际系统操作测试),它仍然值得一试(图2)。从已采集的宽带波形中取出每个载波,分别对其进行EVM测量。已捕获采样包括所有的激活载波,它们都是同时发生的事件。

图2,该图比较了使用窄带宽硬件对每个载波进行顺序捕获(左侧)和使用宽带宽硬件对全部载波进行同时捕获(右侧)的两种调制分析方式。
图2,该图比较了使用窄带宽硬件对每个载波进行顺序捕获(左侧)和使用宽带宽硬件对全部载波进行同时捕获(右侧)的两种调制分析方式。

无论采用宽带宽还是窄带宽分析仪硬件方法,都要求使用恰当的接收机滤波器对每个感兴趣的载波进行滤波。滤波器能够抑制相邻载波功率干扰,从而在多载波激活条件下,使分析仪获得很好的同步和调制稳定性,以W-CDMA(或TDD制式TD-SCDMA)载波为例,标准规范明确定义了接收机滤波器形状,滤波器为3.84MHz(TD-SCDMA为1.28MHz)、滚降因子为0.22的根升余弦滤波器。对于GMSK和LTE等制式,不存在如此明确的规范。相反,即便会影响调制质量,可能需要为有着合适的滚降因子的分析仪添加一个相邻载波抑制滤波器。

总结
在对MSR MC基站发射机器件进行频谱和功率测量时,扫描式SA测量方法仍然适用。正如同它在单载波发射机器件的测量。在分析MSR MC配置下每个载波的调制质量时,可采用两种方法。第一种方法,使用窄带宽硬件前端顺序采集每个载波。该方法假设MSR被测信号是一个任意重复测试模式信号,具有简单和低成本的优点。第二种方法,使用宽带宽硬件前端同时捕获所有的载波。该方法能够真正同时捕获所有的载波,以便对瞬时事件进行故障诊断,缺点在于成本高昂。每种方法的处理能力取决于测试序列算法的设计或编程方式。

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