頻譜分析儀在手機(jī)無(wú)線通信測(cè)試的應(yīng)用

2009年，隨著國(guó)家發(fā)放3G牌照運(yùn)營(yíng)許可證，中國(guó)進(jìn)入了3G時(shí)代。面對(duì)這新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，無(wú)論是通信運(yùn)營(yíng)商還是手機(jī)制造商都開始進(jìn)行新一輪激烈的競(jìng)爭(zhēng)。手機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)存在著頻段控制、通信質(zhì)量檢測(cè)和信號(hào)大小控制等問(wèn)題。被射頻工程師稱為“射頻萬(wàn)用表”的頻譜分析儀在頻譜分析方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)可以幫助解決這些問(wèn)題。本文將對(duì)手機(jī)無(wú)線通信中遇到的問(wèn)題提出相應(yīng)的解決方案。

問(wèn)題一：各個(gè)通信運(yùn)營(yíng)商要控制自己的通信頻段
國(guó)際電聯(lián)對(duì)通信的頻段進(jìn)行了嚴(yán)格的定義，工業(yè)和科學(xué)通信、固定和移動(dòng)業(yè)務(wù)、衛(wèi)星通信等通信方式都必須在各自的頻段內(nèi)進(jìn)行，即使在同一個(gè)頻段內(nèi)各種業(yè)務(wù)的通信也有嚴(yán)格的定義。如果通信的頻段帶寬超出自己分配的范圍，不僅會(huì)干擾其他通信且會(huì)影響自身的通信能量。所以需要對(duì)通信的帶寬和信號(hào)能量集中程度進(jìn)行測(cè)試。

問(wèn)題二：需要確保通信信號(hào)的質(zhì)量
在手機(jī)無(wú)線通信的時(shí)候，通道中會(huì)有各種噪聲混在里面，而噪聲導(dǎo)致通信信號(hào)的質(zhì)量變差，所以需要對(duì)通信通道的信噪比進(jìn)行測(cè)量。

問(wèn)題三：在手機(jī)無(wú)線通信系統(tǒng)中會(huì)存在著呼吸效應(yīng)和遠(yuǎn)近效應(yīng)
在無(wú)線通信系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)小區(qū)內(nèi)的干擾信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，基站的實(shí)際有效覆蓋面積就會(huì)縮??；當(dāng)一個(gè)小區(qū)的干擾信號(hào)很弱時(shí)，基站的實(shí)際有效覆蓋面積就會(huì)變大，這就是呼吸效應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，呼吸效應(yīng)表現(xiàn)為覆蓋半徑隨用戶數(shù)的增加而收縮。由于手機(jī)用戶在一個(gè)小區(qū)內(nèi)是隨機(jī)分布的，而且是經(jīng)常變化的，同一手機(jī)用戶可能有時(shí)處在小區(qū)的邊緣，有時(shí)靠近基站。如果手機(jī)的發(fā)射功率按照最大通信距離設(shè)計(jì)，則當(dāng)手機(jī)靠近基站時(shí)，功率必定有過(guò)剩，而且形成有害的電磁輻射，這就是遠(yuǎn)近效應(yīng)。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，即功率控制。這就需要對(duì)通信信號(hào)的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

頻譜分析儀可以很好地解決上述三個(gè)問(wèn)題，下面以RIGOL公司推出的DSA1030A頻譜分析儀為例，詳細(xì)介紹如何進(jìn)行測(cè)試。DSA1030A頻譜分析儀頻率范圍為9kHz～3GHz，顯示平均噪聲電平DANL為-148dBm，相位噪聲典型值-88dBc/Hz @（偏移10kHz）, 全幅度精度小于1.0dB，可以幫助解決手機(jī)應(yīng)用中遇到的問(wèn)題。同時(shí)，DSA1030A頻譜分析儀還具有豐富的一鍵測(cè)量功能，可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的需求。以下以測(cè)試一個(gè)TD-SCDMA信號(hào)為例，說(shuō)明頻譜分析儀的作用。

對(duì)于問(wèn)題一和問(wèn)題二可以采用DSA1030A頻譜分析儀中的ACP鄰道功率測(cè)量和OBW占用帶寬測(cè)量來(lái)解決。領(lǐng)道功率測(cè)量可以測(cè)量主道功率、前一信道和后一信道的功率、以及主道與上下鄰道之間的信噪比測(cè)量，圖1中左下方為測(cè)量結(jié)果。用戶根據(jù)特定的需要靈活設(shè)置主道帶寬、鄰道帶寬以及主道和鄰道之間的間距的大小，圖1中右下方為測(cè)量設(shè)置值。通過(guò)利用領(lǐng)道功率測(cè)量的功能可以清楚地測(cè)出通道通信的能量大小以及通信的信噪比。從圖1可以得出主道能量為-10.69dBm且基本上集中在1.6MHz的帶寬內(nèi)，符合TD-SCDMA信號(hào)每個(gè)載波的帶寬為1.6MHz的要求。鄰道抑制為-51.32dB和-51.66dB，可以滿足一般的需要。

圖1 利用ACP測(cè)量信號(hào)的能量和信噪比

OBW占用帶寬功能可以檢測(cè)自己關(guān)心部分的能量是否在特定的帶寬內(nèi)。通過(guò)設(shè)置功率比為99%，測(cè)得該信號(hào)在帶寬1.396666MHz內(nèi)包含了99%的能量。

對(duì)于問(wèn)題三可以利用DSA1030A頻譜分析儀中的Pass/Fail功能來(lái)解決。用戶根據(jù)實(shí)際的需求提前編輯好兩條標(biāo)準(zhǔn)跡線即測(cè)量的上限和下限，開啟該功能后會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)通過(guò)率。在測(cè)量失敗的時(shí)候會(huì)自動(dòng)停止測(cè)量，查看測(cè)量失敗的頻率和幅度。如圖3所示，利用Pass/Fail功能監(jiān)控信號(hào)的大小。

圖2 利用OBW測(cè)量信號(hào)能量集中度

圖3 利用Pass/Fail功能監(jiān)控信號(hào)大小

對(duì)于以上的測(cè)量，DSA1030A還提供了人性化的操作測(cè)量結(jié)果的保存和測(cè)量設(shè)置的載入。用戶可以把測(cè)量的設(shè)置保存到本地，等下次測(cè)量的時(shí)候直接載入即可。這樣可以減小操作時(shí)間，降低操作錯(cuò)誤的幾率，提高測(cè)量效率。也可以把測(cè)量設(shè)置保存到U盤中載入到其他頻譜儀中，方便測(cè)量的移植，用戶可以在實(shí)驗(yàn)室中提前把測(cè)量設(shè)置編輯好保存到U盤中然后直接移植到測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的儀器中，測(cè)量得出的結(jié)果也可以通過(guò)U盤把數(shù)據(jù)從儀器存入到電腦中，供以后分析處理或作為報(bào)告數(shù)據(jù)。

圖4 保存和載人Pass/Fail設(shè)置

頻譜分析儀可以方便快捷地對(duì)手機(jī)無(wú)線通信頻段進(jìn)行管理和監(jiān)控，監(jiān)控通信時(shí)各個(gè)信道內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度，檢測(cè)通信過(guò)程信號(hào)的信噪比，幫助解決手機(jī)無(wú)線通信的問(wèn)題，為研發(fā)工程師提供精準(zhǔn)、可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)。