数字无线系统的测试和测量范例

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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随着业界向2.5G和3G系统的升级，今天功率放大器设计人员面监新的设计挑战。建议采用的混合系统使服务供应商可以在支持现有基础设施的情况下平滑地过渡到3G系统。这种结合多载波和多系统可用来降低系统成本、适应数据服务的要求并扩展市场覆盖面。

下一代无线电

软件定义的无线电（SDR）是能够推动这变化的技术。在多载波和多调制方案情况下，放大器设计人员在测试性能时遇到了更多难题。这同时也要求在测试和测量中采用新的架构。

要在3G系统中实现软件定义的无线电方案，设计者必须先在测试实验室内对放大器性能进行先在测试实验室内对放大器性能进行彻底的测试。为有效地实现这一点，必须采用zui新的模块化测试和测量配置。本文讨论的模块化解决方案充分利用了高线性度数模转换器（D/A）、GB级固体存储器和宽带射频（RF）上/下变频器的优点。因此，在实验室和生产测试中都可以提供非常真实的测试条件。采用这些新的测试方法，可以全面地仿真实际的累积分布函数（CCDF）；产生多载波和多标准信号；提供频谱非常纯的信号。可以对新的数字线性化技术进行测试，从而验证用来提高功率放大器件能的新算法的有效性。业界采用这些新的放大器设计就需要更复杂的具有模块化结构的信号测试设备。

放大器测试

过去，功率放大器的测量通常采用基于同相和正交（IQ）调制器的信号发生器。此类仪器zui初是针对产生单载波而优化的，为了满足目前多载波测量的需求进行了扩展。特点是采用双D/A转换器的模拟IQ调制电路和波型存储器。其功能对单标准测试的情况是足够。但此类发生器（参见图1）具有内在的限制，也正是这种限制促使基部设计人员转而采用软件定义的无线电概念进行基站的设计。

IQ结构对I和Q基带部分、相位偏移幅度定义的不均衡以及DC偏置所引起的信道失衡问题很敏感。当多载波频谱相对于射频载不对称时，IQ结构变得更难优化。信号容易漂移，需要进行手动调整，因此需要操作员不停地反复调节。所有这些失衡问题都会对输出产生干扰，并使得相邻载波功率（ACP）测量不能达到zui佳状态。而对功率放大器测试来说，调节相邻载波功率比（ACPR）性能达到zui佳是非常重要的。

测试平台

采用软件定义的无线电概念作为矢量信号发生器的结构基础，可以消除目前基于IQ的发生器具有的许多缺点。这一概念采用了单个D/A转换器和一个中频（IF）至射频（RF）上变频链（参见图2）。它模仿了zui新的基站设计结构。在D/A转换器后增加GB字节级的存储器可以使测试信号的发生具几乎无限的灵活性。从而具有生成多载/多标准信号的能力，以及记录和回放实际现场的频谱记录。这种硬件与直观的“矢量信号仿真”软件相结合，使测试工程师和产品开发人员可以得到所需要的无限的多载波/多标准信号组合。矢量信号仿真软件使设计者可以发出与设备供应商的调制方案不同的专用算法和和客户化调制方案。为了进行重要的CCDF统计测量，需要产生长时间的仿真信号。可以生成多载波/多标准信号用于测试zui新的2G、2.5G、3G基站配置的放大器性能。

在目前基于I/Q的测试平台中，本地振荡（LO）载波频率的抑制主要依赖于I/Q调制器的保真度。在这种设计，需要苛刻的相位/幅度匹配和直流抑制，才能保证性能优化。

因此这种设计对漂多敏感，导致的频谱和星座失衡会严重地限制测试结果的质量。这种漂移与部件内在的统计变化直接相关。

与此相反，基于数字IF的测试平台则利用RF带通滤波器，并通过优化选择IF和LO输入间的频率偏移来抑制RF载波。基于数字IF的测试平台消除了由于I/Q漂移（相位、幅度以及直流偏移）引起的失衡。通过D/A过程产生基本频率来达到zui高的性能。然后对这一信号进行上变频从而保持高保真度的输出。采用新结构的平台性能比目前设备至少提高10dB。这一平台提供了无与伦比的保真度，同时还具有足够的测试灵活性、模块化结构以及高纯度的信号。基于数字IF的测试平台概念与目前的用于新设计的基站结构相匹配。

应用前景

矢量信号发生器扩展为完全数字化无线收发结构，可以构成一个模块化的端到端测试装置，为测试仿真提供发射和接收的双向通道。这一测试装置实现了多域测试功能，可以仿真和产生无线设备中的数字、模拟和射频信号。在这一硬件平台基础上，通过增加面向应用的软件，还可以提供对逻辑、时间、频谱、调制和编码域的测试。实验室和生产应用还可以从这一新结构获得“测试设备级”水平的无线收发功能的复制能力。

双向测试功能

具有同时模仿发送和接收通路能力的单台测试仪器、使无线电收发器、数字信号处理器和放大器设计人员可以并行工作而不是串行工作。对构成无线通信基础设施各层子系统来说，必须在组合件、模块和器件水平上进行安全的测试。并行的测试工作使设计分析和接口问题可以在设计过程的早期浮现出来，这意味着产品上市时间明显改善。图3示出一个典型的基站。通过模块化的接口，任何单个输入或输出都可以通过软件加以控制，从而用单个仪器即可实现典型的或特殊的测试组合。传统上，这需要七种独立的设备：模式发生器、逻辑状态分析仪、任意波型发生器、深度存储数字示波器、信号发生器、调制分析器和频谱分析仪。所有些仪器都可以用无线测试的数字化无线收发结构来取代。

采用这一模块化数字无线收发方法进行无线测试时，通过测试设备模仿数字中频发送和接收的数据流，DSP设计人员可以测试其代码和硬件。无线设计人员则可则同时模仿信道处理器和无线收发输入，从而可以对射频模块独立地进行验证。通过模仿多载波/多标准的无线收发输出，功率放大器设计人员可以测试他的设计。这些测试信号仿真了建立中的3G系统的宽带频谱。

集成的优势

将许多分立的测试设备合并成为一个前所未有的集成度的仪器是值得欢迎的。目前迫切需要高度集成的仪器来满足无线业界的特殊要求。在同一个仪器内同时仿真发送和接收通道是无线测试和测量的新范例。目前，此类刚刚出现的工具。将成为未来业界的标准。

（本文转自电子工程世界：）

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