LTE發(fā)射機ACLR性能的測量技術(shù)

現(xiàn)代無線服務(wù)提供商正致力于不斷擴大帶寬，為更多用戶提供互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)服務(wù)。長期演進技術(shù)(LTE)是新一代蜂窩技術(shù)，能夠增強當(dāng)前部署的3GPP網(wǎng)絡(luò)并創(chuàng)造重要的新業(yè)務(wù)機會，從而滿足上述需求。LTE的體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且還在不斷演進，這為網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備的設(shè)計與測試帶來了新的挑戰(zhàn)。其中，在空中接口上的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)就是如何在信號傳輸過程中進行功率管理。

在LTE等數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)射信號泄漏到鄰近信道的功率可能會對鄰近信道中的信號傳輸產(chǎn)生干擾，進而影響系統(tǒng)性能。相鄰信道泄漏功率比(ACLR)測試可以驗證系統(tǒng)發(fā)射機的工作性能是否符合規(guī)定的限制。鑒于LTE技術(shù)的復(fù)雜性，快速和精確地執(zhí)行這種關(guān)鍵測試對于測試人員來說可能充滿挑戰(zhàn)性(見表1)。裝有LTE特定信號生成軟件的信號發(fā)生器、裝有LTE特定測量軟件的現(xiàn)代化信號分析儀，以及針對該分析儀優(yōu)化的方法，可以幫助測試人員戰(zhàn)勝這一挑戰(zhàn)。

了解ACLR測試要求

ACLR是LTE射頻發(fā)射機一致性測試中的一個重要的發(fā)射機特性。這些測試的目的是驗證被測件是否達到了基站(eNB)和用戶設(shè)備(UE)中的最低要求。大部分針對帶外發(fā)射的LTE一致性測試與在范圍和目的上與針對WCDMA的一致性測試類似。但是WCDMA指定了使用根余弦(RRC)濾波器進行發(fā)射機測量，而標準并沒有為LTE定義等效的濾波器。因此，LTE發(fā)射機測試可以使用不同的濾波器來優(yōu)化信道帶內(nèi)性能，改善誤差矢量幅度；或優(yōu)化信道帶外性能，獲得更出色的鄰近信道功率特性。

鑒于在測試發(fā)射機性能中可以使用的復(fù)雜發(fā)射機配置有很多，LTE指定了一系列下行鏈路信號配置來測試eNB。這些配置稱為E-UTRA測試模型(E-TM)。它們可分為三大類：E-TM1、E-TM2和E-TM3。第一類和第三類可再細分為E-TM1.1、E-TM1.2、E-TM3.1、E-TM3.2和E-TM3.3。注：E-UTRA中的“E”源自“enhanced(增強型)”，指LTE UMTS陸地?zé)o線接入；而單獨的UTRA是指WCDMA。

ACLR測試要求會有所不同，這取決于發(fā)射機測試是在UE還是在eNB上進行。在UE上進行的ACLR測試不像在eNB上進行那樣要求嚴格。發(fā)射機測試使用規(guī)定用于eNB接收機測試的參考測量信道(RMC)來執(zhí)行。

3GPP LTE規(guī)范關(guān)于ACLR的定義是，以指定信道頻率為中心的濾波后平均功率與以鄰近信道頻率為中心的濾波后平均功率之比。eNB的最低ACLR一致性要求分為兩種情景指定：相同帶寬的鄰近E-UTRA信道載波(E-UTRAACLR1)；UTRA鄰近和相間信道載波(分別是UTRAACLR1和UTRAACLR2)。

針對E-UTRA和UTRA鄰近信道規(guī)定了不同的限制和測量濾波器，用于成對頻譜(FDD)和非成對頻譜(TDD)工作。E-UTRA信道使用平方測量濾波器進行測量，而UTRA信道使用滾降因子為0.22、帶寬等于碼片速率的RRC濾波器進行測量。

戰(zhàn)勝ACLR測量挑戰(zhàn)

鑒于LTE技術(shù)的復(fù)雜性和用于測試發(fā)射機性能的發(fā)射機配置復(fù)雜性，符合標準的頻譜測量(例如ACLR)可能非常繁瑣。幸運的是，高級信號測評工具的出現(xiàn)使工程師們能夠快速、精確地進行這些LTE測量。功率測量(包括ACLR)通常使用頻譜分析儀或信號分析儀來進行，而要求的測試信號使用信號發(fā)生器生成。

為了更好地說明如何使用這些儀器，請設(shè)想以下情景：根據(jù)規(guī)范，載波頻率必須設(shè)置在被測基站所支持的頻段內(nèi)，按照成對頻譜FDD工作或非成對頻譜TDD工作時的規(guī)定，通過測量信道頻率兩側(cè)的頻偏的ACLR。首先使用E-TM1.1發(fā)射信號進行測試，其中所有PDSCH資源塊都具有相同的功率。然后使用E-TM1.2信號(增加和減少功率)進行測試。E-TM1.2配置非常有用，因為它能夠仿真多個用戶(其設(shè)備工作在不同功率上)。這一情景的結(jié)果是波峰因數(shù)更高，導(dǎo)致在不產(chǎn)生額外無效頻譜內(nèi)容(例如ACLR)的情況下放大信號變得更加困難。

本例中，Agilent Signal Studio for LTE與Agilent MXG信號發(fā)生器相連，生成頻率設(shè)為 2.11GHz且符合標準的E-TM1.2測試信號。輸出信號幅度――決定ACLR性能的重要考慮因素――設(shè)為-10dBm。在從1.4擴展到20MHz的帶寬范圍內(nèi)選擇5MHz信道帶寬。

圖1為已選定傳輸信道(Transport Channel)的eNB設(shè)置。底部為測試信號的資源分配塊圖。信道1和2是要進行測量的信道，它們共享下行鏈路。

圖1：此處顯示了E-TM1.2測試信號的資源分配塊(底部)。Y軸表示頻率或資源塊，X軸表示時隙或時間，白色區(qū)域表示信道1，粉紅色區(qū)域表示信道2，其它顏色表示同步信道、參考信號等。

信道1的輸出功率電平為-4.3dB。因此，其信道功率已經(jīng)進行過降低。信道2的輸出功率已經(jīng)進行過增加，設(shè)置為3dB。對于資源塊分配圖中的不同資源塊，可以設(shè)置復(fù)雜的功率增加和降低選項。與所有資源塊都處于同一功率級的單個信道相比，得到的復(fù)合信號具有更高的峰均比。放大此類功率增加的信號可能非常困難。功率放大器中沒有足夠的功率回退(back-off)，可能導(dǎo)致限幅。

隨后，可以使用在Agilent X系列信號分析儀上運行的Signal Studio軟件生成測試信號。生成信號之后，通過LAN或GPIB將波形下載到信號發(fā)生器。將信號發(fā)生器的射頻輸出端連接到信號分析儀的射頻輸入端，使用掃描頻譜分析測量ACLR性能。在此例中，信號分析儀處于LTE模式，中心頻率為2.11GHz，選擇了ACP測量。隨后，通過從LTE應(yīng)用程序中的一系列可用選項中(例如成對或非成對頻譜、鄰近信道和相間信道中的載波類型等選項)，調(diào)用適當(dāng)?shù)膮?shù)和測試限制，根據(jù)LTE標準進行快速一鍵式ACLR測量。

對于FDD測量，LTE定義了兩種ACLR測量方法：一種是在中心頻率和偏置頻率上使用E-UTRA(LTE)；另一種是在中心頻率上使用LTE，在鄰近和相間的偏置頻率上使用UTRA(WCDMA)。圖2顯示了E-UTRA鄰近和相間頻偏信道的ACLR測量結(jié)果。對于此次測量，選擇5MHz載波，由于下行鏈路有301個子載波，所以測量噪聲帶寬為4.515MHz。

圖2：此處顯示的是使用安捷倫X系列分析儀獲得的ACLR測量結(jié)果。第一個頻偏(A)位于5MHz處，集成帶寬為4.515MHz。另一個頻偏(B)位于10MHz處，具有相同的集成帶寬。

優(yōu)化分析儀設(shè)置

雖然上述的一鍵式測量提供了非?？焖?、易用、依據(jù)LTE標準的ACLR測量，但是工程師仍然可以對信號分析儀設(shè)置進行優(yōu)化，獲得更出色的性能。有四種方法可以優(yōu)化分析儀，進一步改善測量結(jié)果：

* 優(yōu)化混頻器上的信號電平――優(yōu)化輸入混頻器上的信號電平要求對衰減器進行調(diào)整，實現(xiàn)最小的限幅。有些分析儀能夠根據(jù)當(dāng)前測得的信號值自動選擇衰減值。這為實現(xiàn)最佳的測量范圍奠定了良好的基礎(chǔ)。其它分析儀(例如X系列信號分析儀)擁有電子和機械衰減器，可以結(jié)合使用兩者來優(yōu)化性能。在這些情況下，機械衰減器只需進行細微的調(diào)整變得獲得更出色的的結(jié)果，步進大約為1或2dB。

* 更改分辨帶寬濾波器――按下分析儀的帶寬濾波器鍵，可降低分辨率帶寬。注：由于分辨率帶寬降低，所以掃描時間會增加。掃描速度的降低，可以減少測量結(jié)果和測量速度的變化。

* 啟動噪聲校正――一旦啟動噪聲校正功能，分析儀將會進行一次掃描，以測量當(dāng)前中心頻率的內(nèi)部本底噪聲，并將在以后進行的掃描中從測量結(jié)果中減去該內(nèi)部本底噪聲。這種方法能夠顯著改善ACLR，有時改善幅度高達5dB。

* 采用另一種測量方法。除了使用默認的測量方法(集成帶寬或IBW)之外，也可以采用濾波IBW方法。該方法使用了更加陡降的截止濾波器。雖然這種方法會降低功率測量結(jié)果的絕對精度，但是對ACLR結(jié)果沒有不利影響。

通過結(jié)合使用這些方法，信號分析儀可以利用其嵌入式LTE應(yīng)用程序自動優(yōu)化ACLR測量，實現(xiàn)性能與速度的最佳搭配。對于典型的ACLR測量，測量結(jié)果可能改善高達10dB或更多(圖3)。如果測量需要最高的性能，那么可以進一步調(diào)整分析儀設(shè)置。

本文小結(jié)

符合標準的頻譜測量(例如ACLR)對于射頻工程師開發(fā)下一代無線系統(tǒng)具有極其重要的作用。然而使用LTE應(yīng)用軟件進行測量時，受多種因素的影響，這些測量非常復(fù)雜：鄰近信道帶寬的變化，發(fā)射濾波器的選擇，不同帶寬和不同干擾靈敏度的信道之間的射頻變量的交互。應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的實用解決方案是使用安裝有特定標準測量應(yīng)用軟件的頻譜分析儀或信號分析儀。此組合能夠減少復(fù)雜測量中的錯誤，自動配置限制表和指定的測試裝置，確保測量具有出色的可重復(fù)性。使用分析儀優(yōu)化技術(shù)可以進一步改善測量結(jié)果。

圖3：此處顯示的是使用優(yōu)化設(shè)置后的安捷倫X系列信號分析儀獲得的ACLR測量結(jié)果。與圖2使用嵌入式N9080A LTE測量應(yīng)用軟件獲得的結(jié)果相比，圖3中的ACLR實現(xiàn)了11dB的改善。

表1：LTE發(fā)射機設(shè)計的復(fù)雜問題。