3G基站發(fā)射機性能測試與分析

　　在當前快速發(fā)展的第三代無線通信系統(tǒng)中，為了達到更高的傳輸率需要采用高度復雜的調制系統(tǒng)，這給工程師帶來了新的挑戰(zhàn)，本文向中國測試和測量工程師簡要介紹了3G基站發(fā)射機需要測試和分析的關鍵參數(shù)及其意義。

　　在當前快速發(fā)展的第三代無線通信系統(tǒng)較之先前的第二代無線網絡極大的改善了系統(tǒng)性能和服務質量。為了達到更高的傳輸率，３Ｇ采用高度復雜的調制系統(tǒng)．各種3G基站系統(tǒng)的快速發(fā)展對WCDMA射頻部分、碼域部分性能穩(wěn)定運行提出了更高的要求，UMTS基站系統(tǒng)的維護測量日益要求測量人員進行頻域、時域、幅度域、調制域等全方位的性能評估．這給工程師帶來了新的挑戰(zhàn)．

　　WCDMA UMTS Node B發(fā)射機的特征描述包括射頻頻譜描述和碼域解調描述兩大部分，基于這種描述的測量可以使用具有解調功能的手持式頻譜分析儀進行。例如來自安立公司的新型手持式基站測試儀MT8220A，該款WCDMA發(fā)射機便攜測試儀不僅包括傳統(tǒng)意義上的基于信號頻譜的分析能力，也包括載波頻率、頻率誤差、占用帶寬、通道功率、峰均比、噪聲電平及鄰道干擾比(ACLR)，而且包括WCDMA發(fā)射機必須測量的調制域分析能力，包括了雜散特性測量、矢量誤差幅度(EVM)測量、載波饋通測量、主/輔公共控制物理信道(P-CCPCH/S-CCPCH)，主/輔同步信道(P-SCH/S-SCH)，尋呼指示信道(PICH)，公共導頻信道(CPICH)，主導頻信道絕對功率電平等調制域指標。

　　圖1：碼域解調測量；

　　碼域解調測量

　　通過利用先進的半導體技術，安立公司成功研發(fā)了一系列小型射頻／微波器件．這允許在小巧2.9kg的重量下達到比美普通臺面式儀表的指標與性能．基于全新高性能7.1GHz頻譜分析儀平臺,配上功能強大的WCDMA解調功能，真正實現(xiàn)在任何時間任何地點進行測量與分析．低至-153dBm平均噪聲底電平在手持式儀表中也是遙遙領先．當中也加強了儀表在測量譜輻射掩模(Spectral Emission Mask)與ACLR的性能與指標(圖1)．

　　UMTS WCDMA發(fā)射機測試

　　MT8220A的內置頻譜分析模式專為WCDMA基站RF測量而優(yōu)化，其射頻測量的內容包括載波頻率、頻率誤差、占用帶寬、通道功率、峰均比、噪聲電平及ACLR。

　　ACLR測量----通常由于線性功率放大器的非線性導致系統(tǒng)產生較高的ACLR，鄰道功率泄漏對信道本底噪聲有所貢獻。它直接降低系統(tǒng)冗余量/容量，ACLR特性將極大的影響其他站點的工作狀態(tài)和通信狀態(tài)。過高的值將給手機用戶帶來所謂的遠近效應。手持式頻譜分析儀通常內置了信號濾波器，這種濾波器嚴格定義了ACLR測量的帶寬和形狀系數(shù)以滿足3dB帶寬嚴格等于碼片速率。通過MT8220A內置的ACLR測量模式，用戶可以精確得到偏離載波5MHz及10MHz的精確泄漏值。

　　信號雜散測量---MT8220A同時提供WCDMA雜散測試模式，內置標準的3GPP雜散模板，隨著信號大小的變化，模板測量將指示雜散指標是否PASS或者FAIL，簡潔的結果顯示便于用戶識別。

　　碼域解調測量---MT8220A提供的碼域解調測試模式提供對WCDMA信號質量的測試，該測試模式可以對P-CCPCH、S-CCPCH、P-SCH、S-SCH、PICH、CPICH、P-CPICH信道的絕對功率測量及碼道功率、EVM、載波饋通等參數(shù)的測量。在這種模式下，MT8220A解調接收到的信號并提供三種顯示模式：碼域功率顯示、碼譜顯示、調制一覽表顯示。碼域功率顯示所有選擇的OVSF碼，P-CPICH、P-SCH 和S-SCH 信道上適當?shù)墓β孰娖綄?yōu)化網絡容量和質量至關重要。只有能夠正確解調發(fā)送的信號、并在碼域中分析功率電平的測試設備，才能進行這些功率測量。這些信號決定著小區(qū)覆蓋范圍，必須設置在適當?shù)南薅葍取?

　　圖2：調制項目一覽表顯示。

　　碼譜圖測試---用顏色標度顯示碼域功率，在縱軸上從底部到頂部構建不同時間的顯示畫面，同時包括功率與碼信道的每條后續(xù)軌跡。碼譜圖顯示了具有不同數(shù)據速率和業(yè)務需求的基站的特性。通過評估碼譜圖，可以獲得與W-CDMA系統(tǒng)有關的重要診斷信息。這為檢驗和分析基站中的業(yè)務信道和信令信道的特性提供了一種有效的方式。數(shù)據速率高的信號通常迅速傳送，通過其它方式是很難觀察的。碼譜圖分析還可以跟蹤不同時間上的業(yè)務負荷，顯示呼叫量和呼叫功率。

　　空中測量模式---這三種模式用戶可以通過天線或者直接連接到NodeB的方式進行，三種模式均可直接顯示載頻功率、頻率和通道功率，但是不是所有的基站能夠支持所有的三種模式。例如，直接連接到NodeB的測量往往只能完成對占用帶寬、ACLR、雜散特性、峰均比的測量。通過空中接口，MT8220A能夠幫助用戶自動捕捉信號最強的6組擾碼，用戶也可以通過手動方式來指定擾碼號。擾碼分析檢測每個接收的WCDMA下行信號的導頻功率電平，這里顯示為(Ec)。擾碼分析還檢測周圍噪聲，并使用周圍噪聲(Io)計算Ec/Io。這在WCDMA 中相當于每個扇區(qū)的信噪比，從而可以簡便地確定該地點的覆蓋質量。在空中測量模式中MT8220A提供的測量信息包括總功率、導頻功率(CPICH)、Ec/Io、Ec及導頻容限參數(shù)。

　　調制項目一覽表顯示

　　WCDMA網絡在3G領域中提供了重要的演進步驟。擁有高效的診斷和測試工具對于系統(tǒng)的運行和維護顯得非常重要。這縮短了系統(tǒng)中斷時間和維護任務，及保證了客戶滿意度。傳統(tǒng)的大型專用測試儀成本太高、過于笨重、在現(xiàn)場實地應用中使用起來過于復雜。MT8220A是專門為基站技術人員和現(xiàn)場RF工程師設計的,它率先為網絡運行管理人員提供了優(yōu)異的性能、可用性和價值。MT8220A提供的測試套件幫助用戶在PC上進行測量結果的詳細分析，用戶可以方便的將測得的數(shù)據以。JPG和。DAT的方式下載到電腦上進行基站維護報告的撰寫。

　　輕便式的外形設計給工程師提供一種隨身的工具．在面對3G測試和測量挑戰(zhàn)時，希望可以減輕工程師的負擔．

　　掌握關鍵技術指標應對3G測試面臨的挑戰(zhàn)

　　Tan Hock Leong Anritsu公司亞太地區(qū)市場經理

　　進入3G以后，中國工程師和海外工程師所面對的挑戰(zhàn)是一樣的。現(xiàn)在手機追求的是達到更高的傳輸率，在GSM上比較普遍的是測量駐波比和回波損耗，沒有實際的需要來測試解調的參數(shù)?，F(xiàn)在用QPSK、16QAM或8PSK調制，這些都是復雜的調制方式，因此，需要測試一些過去2G時代不需要測試的項目，例如EVM(Error Vector Magnitude)，增加了以前沒有注重那一類的參數(shù)測試。

　　當然，有很多參數(shù)測也行，不測也行，但是，如果不測的話，有些問題可能就無法發(fā)現(xiàn)，往后可能會對整個服務的質量造成一些影響。我們公司在10年前就推出了一系列Site Master的儀表，手持測試主要針對現(xiàn)場或外場的測試，80%以上客戶采用Site Master。

　　目前，韓國主要采用CDMA或CDMA2000，或者是EVDO的系統(tǒng)，他們也有WCDMA系統(tǒng)，所測試的項目比我在其它國家看到的要多，包括通道功率(Channel Power)、EVM、ACLR、OBW和頻譜輻射掩模(SEM,Spectrum Emission Mask)等等，因為只有通過全面測試才能發(fā)現(xiàn)一些干擾信號，才能由此對整個系統(tǒng)進行修正。

　　目前，中國出現(xiàn)的問題是工程師本身可能并不知道需要測試什么參數(shù)？如果以2G測試的做法來做3G的測試，在服務質量上可能會受到一些影響。半年以來，亞太地區(qū)很多工程師進行了駐波比和回波損耗的測試之后，就進行路測，調制參數(shù)就完全沒有測。存在這樣的問題也許是工程師不了解調制參數(shù)測試的重要性，例如EVM測試，如果調制指標沒有達到的話，就可能造成掉話等問題。

　　具體來說，EVM是誤差向量幅度的意思，它以符號來表示數(shù)據的傳輸速率，例如簡單的ＢPSK就只有簡單的兩個符號，兩者相差180度；但是，在QPSK的時候就有四個符號，你可以想象為四點，每點相差90度，就好象一個四方形的樣子，四個角落就是符號的位置，EVM就是測試符號是否在角落上的那個位置，看偏離有多遠。例如，在WCDMA下主要是BPSK和QPSK調制，在HSDPA會用到8PSK，進一步會用到16QAM，以16個符號來代表，從而進一步提高傳輸速率。16QAM時，一共有16個符號，EVM測量以百分比來表示符號偏離其位置的大小，它是基站測試中很重要的指標。

　　總的看來，隨著傳輸率的提高，某些以前不需要測試的參數(shù)，現(xiàn)在需要測試了，工程師一方面須要更深地了解新的測試參數(shù)，另一方面現(xiàn)場未必有相關的測試設備，測試時間將增加50%，這是他們面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　在3G測試設備領域， MT8220A頻譜分析儀的頻率最高可以達到7.1GHz，在2.9Kg這個體形下，這臺頻譜儀的指標已經在很多方面達到臺式機的水平，底噪聲電平為-153dBm。MT8220A已經是我們手持頻譜儀的第五代產品。大概在5年前，我們推出了手持頻譜儀，目前，盡管陸續(xù)有很多競爭對手推出跟我們類似的功能，但是，在現(xiàn)場測試領域我們還是占有領先地位。

　　盡管3G標準持續(xù)變化，但是我們的測試設備分辨率帶寬最低為10Hz，底噪只有-153dBm，帶寬已經做到7.1GHz，因此，能夠避免短期內對硬件升級提出新的要求。今后，如果3G增加新的解調功能，只要軟件升級就可以了。

　　通過與競爭對手的比較，發(fā)現(xiàn)許多競爭對手并沒有譜輻射掩模這個測試項目。ACLR是在臺面儀器才能做的測試，在我們第三、第四代的頻譜分析儀還達不到這方面的性能。儀器的動態(tài)范圍或者相位噪聲的指標如果不夠好，在測量EVM、SEM和ACLR上面就會受到影響。

　　例如ACLR的測量就要求儀表有很高的靈敏度、動態(tài)范圍和相位噪聲指標，它測試的是鄰道功率泄露比，如果儀器的動態(tài)范圍不夠，那么噪聲可能就會看起來高一些，主要是因為底噪聲不夠低造成的。這樣一來就會影響整個測試的效果。因此，有些測試設備廠家的儀器甚至不能測試SEM。它主要測試基站發(fā)射機是否有一些雜散或干擾的信號，測試過程中會自動設置一個MASK作為門限，由它判定是否合格。

　　借助于手持儀表，工程師將不需要攜帶很大、很重的儀表到現(xiàn)場進行測試，價格上也比臺式儀器低。未來的發(fā)展是集成更多的儀器功能，為了縮短測試時間，我們有儲存的功能，一個文檔就可以收集所有的測試參數(shù)，從而不必擔心現(xiàn)場數(shù)據的遺漏儲存。我們的頻譜儀配置了以太網和USB口，通過網絡可以實現(xiàn)遠程的控制。

　　移動通信80%的客戶采用了我們的Site Master測試設備，主要用于維護和工程測試。今后，我們會根據客戶的要求增加新的功能，而主要是在這個高性能硬件平臺和DSP上把新的功能不斷地加上去，就會給測量工程師應對測量挑戰(zhàn)方面提供一個好的方案。重點考慮的就是HSDPA的測試，以及其它的解調方式。

　　作者: Tan Hock Leong

　　安立公司亞太區(qū)市場經理

　　Email: tan.hockleong@sg.anritsu.com