基于5G寬帶通信信號(hào)的ACLR測(cè)試方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0   引言

隨著新一代無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，由于其大帶寬的特點(diǎn)，5G 通信信號(hào)給信號(hào)處理和測(cè)試指標(biāo)分析帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析時(shí)，作為帶外發(fā)射的重要測(cè)試項(xiàng)，ACLR 是信號(hào)頻譜分析的重要測(cè)量指標(biāo)，它反映了主信道信號(hào)對(duì)鄰道造成的干擾情況；為提高ACLR 測(cè)量精度，本文提出一種低復(fù)雜度的基于5G寬帶通信信號(hào)的ACLR 測(cè)試方法。

作者簡(jiǎn)介：劉永康（1992—），男，安徽亳州，碩士，主要從事4G5G物理層算法開(kāi)發(fā)、DSP信號(hào)處理設(shè)計(jì)。

1   ACLR測(cè)試流程

ACLR（adjacent channel leakage ratio，鄰道泄漏抑制比）是主信道與鄰信道之間的功率比值，反映主信道信號(hào)對(duì)鄰道造成的干擾情況^[1]。如果ACLR 越大，說(shuō)明主信道的泄漏功率越小，通信系統(tǒng)的性能就越好；ACLR 越小，主信道泄漏功率越大，通信的性能就越差，其主要測(cè)試流程如圖1 所示。在取得原始數(shù)據(jù)后，選取固定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)循環(huán)做FFT，取均值后按照信號(hào)源帶寬、數(shù)據(jù)采樣帶寬、FFT 長(zhǎng)度等參數(shù)，計(jì)算主信道功率和鄰道功率，最后計(jì)算兩者的功率比值[2]，得到相應(yīng)ACLR 測(cè)量結(jié)果。

在對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行頻域分析時(shí)，需要在FFT 之前加窗，減少頻譜泄露，本文采用的是高斯窗，其時(shí)域、頻域圖形如圖2 所示。

圖2 高斯窗時(shí)頻域圖形

在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，由于頻率響應(yīng)的存在，會(huì)影響到信號(hào)的頻譜功率測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)環(huán)境中無(wú)有效信號(hào)底噪數(shù)據(jù)的頻譜分析，來(lái)縮小頻響特性的影響。

2   仿真開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證測(cè)試

2.1 5GNR寬帶信號(hào)驗(yàn)證測(cè)試

實(shí)驗(yàn)使用MATLAB 進(jìn)行仿真開(kāi)發(fā)，ACLR 仿真測(cè)試流程如圖3 所示。在獲取原始數(shù)據(jù)后，在時(shí)域加高斯窗，然后將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，在分別求主信道和鄰道功率的同時(shí)，根據(jù)測(cè)試環(huán)境抓取的底噪數(shù)據(jù)進(jìn)行底噪均衡，減小頻響特性造成的誤差，計(jì)算出相應(yīng)的ACLR 值。

實(shí)驗(yàn)中使用頻譜分析儀抓取信號(hào)源數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試分析，并對(duì)比分析儀 測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別測(cè)試驗(yàn)證了5G NR FDD 50 MHz、100 MHz、200 MHz 等帶寬信號(hào)，50 MHz 帶寬信號(hào)鄰道ACLR 測(cè)試結(jié)果如圖4 所示，100 MHz 帶寬信號(hào)鄰道ACLR 測(cè)試結(jié)果如圖5 所示，200 MHz 帶寬信號(hào)鄰道ACLR 測(cè)試結(jié)果如圖6 所示。

實(shí)驗(yàn)中使用羅德信號(hào)源200A 分別發(fā)送5G NR FDD50 MHz 帶寬、100 MHz 帶寬和200 MHz 帶寬信號(hào)，功率從-6 dBm 遞減到-80 dBm。

圖7 FSW分析儀200 MHz帶寬數(shù)據(jù)ACLR測(cè)試圖

分析儀使用羅德FSW，主信道、鄰道帶寬分別設(shè)置為50 MHz、100 MHz 和200 MHz， 采樣率分別為307.2 MHz、614.4 MHz、1228.8 MHz， 參考0 dBm，sweep time-10 ms，sweep point-4096。圖7 是FSW 分析儀200M 帶寬數(shù)據(jù)ACLR 測(cè)試圖。在之前確定的高斯窗和噪聲系數(shù)下，分別對(duì)新抓取的50 M、100 M 和200 M 帶寬5GNR 信號(hào)進(jìn)行測(cè)試；對(duì)比結(jié)果顯示ACLR差值除去個(gè)別值大于2 dB 外，其余大部分穩(wěn)定在1 dB以內(nèi)。鄰道ACLR 差值均在1.5 dB 以內(nèi)。

2.2 加高斯白噪聲數(shù)據(jù)驗(yàn)證

使用信號(hào)源200A 發(fā)送5G NR FDD 50 MHz 帶寬信號(hào)，信號(hào)功率-10 dBm，加噪聲，噪聲功率遞減。設(shè)置分析儀FSW 主信道、鄰道帶寬為50 MHz，采樣率為307.2 MHz， 參考0 dBm，sweep time-10 ms，sweep point-4096。

圖9 FSW分析儀附加噪聲50 MHz帶寬數(shù)據(jù)ACLR測(cè)試圖

如圖8 所示， 噪聲功率由-20 dBm 逐漸遞減到-55 dBm，噪聲帶寬覆蓋整個(gè)測(cè)試帶寬（150 M），對(duì)應(yīng)載噪比分別為10 dB、15 dB、20 dB …… ，一直遞增到45 dB。圖9 是FSW 分析儀50 M 帶寬數(shù)據(jù)ACLR 測(cè)試圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：ACLR 誤差在1.5 dB 范圍內(nèi)，算法適用此場(chǎng)景下ACLR 測(cè)試。

2.3 本地測(cè)試儀平臺(tái)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境使用信號(hào)源200A 發(fā)送20 MHz 帶寬信號(hào)，功率從0 dB 逐漸遞減。如圖10 所示，分析儀使用中電科思儀科技（安徽）有限公司生產(chǎn)研制的5G 多通道綜測(cè)儀5252D，采用切換本振頻點(diǎn)的方法進(jìn)行大帶寬ACLR 測(cè)試[4]，5252D 使用的ACLR 測(cè)試方法已更改為仿真測(cè)試算法，實(shí)驗(yàn)中使用5252D 抓取信號(hào)源信號(hào)（采樣率122.88 M），并進(jìn)行ACLR 分析。

圖10 5252D綜測(cè)儀ACLR測(cè)試圖

如圖11，F(xiàn)SW 和5252D 主信道功率測(cè)試結(jié)果誤差不超過(guò)1 dB；如圖12，在ACLR 測(cè)試待研究。后續(xù)將在圖像預(yù)處理和字符識(shí)別方面進(jìn)行優(yōu)化，即將著手的工作如下：

1）研究生產(chǎn)日期標(biāo)簽污損情況下的字符識(shí)別。

2）識(shí)別結(jié)果僅顯示于界面，未能聯(lián)系產(chǎn)品進(jìn)行操控。

3）進(jìn)一步提高字符識(shí)別的速度和正確率。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）