LTE發(fā)射機(jī)ACLR性能的測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)代無(wú)線服務(wù)提供商正致力于不斷擴(kuò)大帶寬，為更多用戶提供互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)服務(wù)。長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)(LTE)是對(duì)當(dāng)前部署的 3GPP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行增強(qiáng)并創(chuàng)造更多更重要應(yīng)用的新一代蜂窩技術(shù)。LTE 的體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜同時(shí)還在不斷演進(jìn)當(dāng)中，這為網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備的設(shè)計(jì)與測(cè)試帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。其中，在空中接口上的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)就是如何在信號(hào)傳輸過(guò)程中進(jìn)行功率管理。

在 LTE 等數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)泄漏到鄰近信道的功率可能會(huì)對(duì)鄰近信道中的信號(hào)傳輸產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響系統(tǒng)性能。相鄰信道泄漏功率比(ACLR)測(cè)試可以驗(yàn)證系統(tǒng)發(fā)射機(jī)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(cè)試對(duì)于測(cè)試人員來(lái)說(shuō)充滿挑戰(zhàn)性。裝有 LTE 特定信號(hào)生成軟件的信號(hào)發(fā)生器、裝有 LTE 特定測(cè)量軟件的現(xiàn)代化信號(hào)分析儀，以及針對(duì)該分析儀優(yōu)化的方法，可以幫助測(cè)試人員戰(zhàn)勝這一挑戰(zhàn)。

了解 ACLR 測(cè)試要求

ACLR 是 LTE 射頻發(fā)射機(jī)一致性測(cè)試中的一個(gè)重要的發(fā)射機(jī)特性。這些測(cè)試的目的是驗(yàn)證被測(cè)件是否達(dá)到了基站(eNB)和用戶設(shè)備(UE)中的最低要求。大部分針對(duì)帶外發(fā)射的 LTE 一致性測(cè)試在定義和目的上與針對(duì) WCDMA 的一致性測(cè)試類似。但是 WCDMA 指定了使用根升余弦(RRC)濾波器進(jìn)行發(fā)射機(jī)測(cè)量，而標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有為 LTE 定義等效的濾波器。因此，LTE 發(fā)射機(jī)測(cè)試可以使用不同的濾波器來(lái)優(yōu)化信道帶內(nèi)性能，改善誤差矢量幅度;優(yōu)化信道帶外性能，獲得更出色的鄰近信道功率特征。

鑒于在測(cè)試發(fā)射機(jī)性能中可以使用的復(fù)雜發(fā)射機(jī)有很多配置，LTE 指定了一系列下行鏈路信號(hào)配置來(lái)測(cè)試 eNB。這些配置稱為 E-UTRA 測(cè)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(xì)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(qiáng)型)”，指 LTE UMTS 陸地?zé)o線接入;而單獨(dú)的 UTRA 是指 WCDMA。

ACLR 測(cè)試要求根據(jù)發(fā)射機(jī)測(cè)試是在 UE 還是在 eNB 上進(jìn)行會(huì)有所不同。在 UE 上進(jìn)行的 ACLR 測(cè)試不像在 eNB 上進(jìn)行那樣要求嚴(yán)格。發(fā)射機(jī)測(cè)試使用規(guī)定用于 eNB 接收機(jī)測(cè)試的參考測(cè)量信道(RMC)來(lái)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(duì) E-UTRA 和 UTRA 鄰近信道規(guī)定了不同的限制和測(cè)量濾波器，用于成對(duì)頻譜(FDD)和非成對(duì)頻譜(TDD)工作。E-UTRA 信道使用平方測(cè)量濾波器進(jìn)行測(cè)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(jìn)行測(cè)量。

戰(zhàn)勝 ACLR 測(cè)量挑戰(zhàn)

鑒于 LTE 技術(shù)的復(fù)雜性和用于測(cè)試發(fā)射機(jī)性能的發(fā)射機(jī)配置復(fù)雜性，符合標(biāo)準(zhǔn)的頻譜測(cè)量(例如 ACLR)可能非常繁瑣。幸運(yùn)的是，先進(jìn)的信號(hào)測(cè)量工具的出現(xiàn)使工程師們能夠快速、精確地進(jìn)行這些 LTE 測(cè)量。功率測(cè)量(包括 ACLR)通常使用頻譜分析儀或信號(hào)分析儀來(lái)進(jìn)行，該測(cè)量使用的測(cè)試信號(hào)則利用信號(hào)發(fā)生器生成。

為了更好地說(shuō)明如何使用這些儀器，請(qǐng)?jiān)O(shè)想以下情景：根據(jù)規(guī)范，載波頻率必須設(shè)置在被測(cè)基站所支持的頻段內(nèi)，按照成對(duì)頻譜 FDD 工作或非成對(duì)頻譜 TDD 工作時(shí)的規(guī)定，通過(guò)測(cè)量信道頻率兩側(cè)一定頻偏的 ACLR。首先使用 E-TM1.1 發(fā)射信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(hào)(增加和減少功率)進(jìn)行測(cè)試。E-TM1.2 配置非常有用，因?yàn)樗軌蚍抡娑鄠€(gè)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(wú)效頻譜內(nèi)容(例如 ACLR)的情況下放大信號(hào)變得更困難。

本例中，Agilent 支持 LTE 的 Signal Studio 與 Agilent MXG 信號(hào)發(fā)生器相連，生成頻率設(shè)為 2.11GHz 且符合標(biāo)準(zhǔn)的 E-TM1.2 測(cè)試信號(hào)。輸出信號(hào)幅度――決定 ACLR 性能的重要考慮因素――設(shè)為 -10dBm。在從 1.4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(cè)試信號(hào)的資源分配塊圖。信道 1 和 2 是要進(jìn)行測(cè)量的信道，它們共享下行鏈路。

圖1. 此處顯示了 E-TM1.2 測(cè)試信號(hào)的資源分配塊(底部)。Y 軸表示頻率或資源塊，X 軸表示時(shí)隙或時(shí)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(hào)等。

信道 1 的輸出功率電平為 -4.3dB，其信道功率已經(jīng)進(jìn)行過(guò)降低。信道 2 的輸出功率已經(jīng)進(jìn)行過(guò)增加，設(shè)置為 3dB。對(duì)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(xiàng)。與所有資源塊都處于同一功率等級(jí)的單個(gè)信道相比，得到的復(fù)合信號(hào)具有更高的峰均比。放大此類功率增加的信號(hào)可能非常困難。功率放大器中沒(méi)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(hào)分析儀上運(yùn)行的 Signal Studio 軟件生成測(cè)試信號(hào)。生成信號(hào)之后，通過(guò) LAN 或 GPIB 將波形下載到信號(hào)發(fā)生器。將信號(hào)發(fā)生器的射頻輸出端連接到信號(hào)分析儀的射頻輸入端，使用掃描頻譜分析測(cè)量 ACLR 性能。在此例中，信號(hào)分析儀處于 LTE 模式，中心頻率為 2.11GHz，選擇了 ACP 測(cè)量。隨后，通過(guò)從 LTE 應(yīng)用程序中的一系列可用選項(xiàng)中(例如成對(duì)或非成對(duì)頻譜、鄰近信道和相間信道中的載波類型等選項(xiàng))，調(diào)用適當(dāng)?shù)膮?shù)和測(cè)試限制，根據(jù) LTE 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行快速一鍵式 ACLR 測(cè)量。

對(duì)于 FDD 測(cè)量，LTE 定義了兩種 ACLR 測(cè)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(cè)量結(jié)果。對(duì)于此次測(cè)量，選擇 5MHz 載波，由于下行鏈路有 301 個(gè)子載波，所以測(cè)量噪聲帶寬為 4.515MHz。

圖 2. 此處顯示的是使用 Agilent X 系列分析儀獲得的 ACLR 測(cè)量結(jié)果。第一個(gè)頻偏(A)位于 5MHz 處，集成帶寬為 4.515MHz。另一個(gè)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(cè)量提供了非?？焖?、易用、依據(jù) LTE 標(biāo)準(zhǔn)的 ACLR 測(cè)量，但是工程師仍然可以對(duì)信號(hào)分析儀設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化，獲得更出色的性能。有四種方法可以優(yōu)化信號(hào)分析儀，進(jìn)一步改善測(cè)量結(jié)果：

· 優(yōu)化混頻器上的信號(hào)電平――優(yōu)化輸入混頻器上的信號(hào)電平要求對(duì)衰減器進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最小的限幅。有些分析儀能夠根據(jù)當(dāng)前測(cè)得的信號(hào)值自動(dòng)選擇衰減值。這為實(shí)現(xiàn)最佳的測(cè)量范圍奠定了良好的基礎(chǔ)。其它分析儀(例如 X 系列信號(hào)分析儀)擁有電子和機(jī)械衰減器，可以結(jié)合使用兩者來(lái)優(yōu)化性能。在這些情況下，機(jī)械衰減器只需進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整便可以獲得更出色的結(jié)果，步進(jìn)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按鍵，可降低分辨率帶寬。注：由于分辨率帶寬降低，所以掃描時(shí)間會(huì)增加。掃描速度的降低，可以減少測(cè)量結(jié)果和測(cè)量速度的變化。

· 啟動(dòng)噪聲校正――一旦啟動(dòng)噪聲校正功能，分析儀將會(huì)進(jìn)行一次掃描，以測(cè)量當(dāng)前中心頻率的內(nèi)部本底噪聲，并將在以后進(jìn)行的掃描中從測(cè)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，在一些情況下，改善幅度高達(dá) 5dB。

· 采用另一種測(cè)量方法。除了使用默認(rèn)的測(cè)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(huì)降低功率測(cè)量結(jié)果的絕對(duì)精度，但是對(duì) ACLR 結(jié)果沒(méi)有不利影響。

通過(guò)結(jié)合使用這些方法，信號(hào)分析儀可以利用其嵌入式 LTE 應(yīng)用程序自動(dòng)優(yōu)化 ACLR 測(cè)量，實(shí)現(xiàn)性能與速度的最佳搭配。對(duì)于典型的 ACLR 測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可能改善高達(dá) 10dB 或更多(圖 3)。如果測(cè)量需要最高的性能，那么可以進(jìn)一步調(diào)整分析儀設(shè)置。

圖 3. 此處顯示的是使用優(yōu)化設(shè)置后的 Agilent X 系列信號(hào)分析儀獲得的 ACLR 測(cè)量結(jié)果。與圖 2 使用嵌入式 N9080A LTE 測(cè)量應(yīng)用軟件獲得的結(jié)果相比，圖 3 中的 ACLR 實(shí)現(xiàn)了 11dB 的改善。

總結(jié)

符合標(biāo)準(zhǔn)的頻譜測(cè)量(例如 ACLR)對(duì)于射頻工程師開(kāi)發(fā)下一代無(wú)線系統(tǒng)具有極其重要的作用。然而使用 LTE 應(yīng)用軟件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，受多種因素的影響，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使得這些測(cè)量非常復(fù)雜。應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的實(shí)用解決方案是使用安裝有特定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)用軟件的頻譜分析儀或信號(hào)分析儀。此組合能夠減少?gòu)?fù)雜測(cè)量中的錯(cuò)誤，自動(dòng)配置限制表和指定的測(cè)試裝置，確保測(cè)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(jìn)一步改善測(cè)量結(jié)果。