LTE 發(fā)射機(jī) ACLR 性能的測量技術(shù)

2013年09月25日16:58:36 本網(wǎng)站我要評論(2)字號：T | T | T

作者： Jung-ik Suh，安捷倫科技公司

現(xiàn)代無線服務(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)。長期演進(jìn)技術(shù)（LTE）是對當(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(jìn)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(jìn)而影響系統(tǒng)性能。相鄰信道泄漏功率比（ACLR）測試可以驗(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)鍵測試對于測試人員來說充滿挑戰(zhàn)性。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(jī)一致性測試中的一個重要的發(fā)射機(jī)特性。這些測試的目的是驗(yàn)證被測件是否達(dá)到了基站（eNB）和用戶設(shè)備（UE）中的較低要求。大部分針對帶外發(fā)射的 LTE 一致性測試在定義和目的上與針對 WCDMA 的一致性測試類似。但是 WCDMA 指定了使用根升余弦（RRC）濾波器進(jìn)行發(fā)射機(jī)測量，而標(biāo)準(zhǔn)并沒有為 LTE 定義等效的濾波器。因此，LTE 發(fā)射機(jī)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；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(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 測試要求根據(jù)發(fā)射機(jī)測試是在 UE 還是在 eNB 上進(jìn)行會有所不同。在 UE 上進(jìn)行的 ACLR 測試不像在 eNB 上進(jìn)行那樣要求嚴(yán)格。發(fā)射機(jī)測試使用規(guī)定用于 eNB 接收機(jī)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 的較低 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(jìn)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(jìn)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(jī)性能的發(fā)射機(jī)配置復(fù)雜性，符合標(biāo)準(zhǔn)的頻譜測量（例如 ACLR）可能非常繁瑣。幸運(yùn)的是，先進(jìn)的信號測量工具的出現(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(jìn)行，該測量使用的測試信號則利用信號發(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)一定頻偏的 ACLR。首先使用 E-TM1.1 發(fā)射信號進(jìn)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(jìn)行測試。E-TM1.2 配置非常有用，因?yàn)樗軌蚍抡娑鄠€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困難。

本例中，Agilent 支持 LTE 的 Signal Studio 與 Agilent MXG 信號發(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(jìn)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，其信道功率已經(jīng)進(jìn)行過降低。信道 2 的輸出功率已經(jīng)進(jìn)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(xiàng)。與所有資源塊都處于同一功率等級的單個信道相比，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(yùn)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(xiàng)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(xiàng)），調(diào)用適當(dāng)?shù)膮?shù)和測試限制，根據(jù) LTE 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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 Agilent 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(biāo)準(zhǔn)的 ACLR 測量，但是工程師仍然可以對信號分析儀設(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)化信號分析儀，進(jìn)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(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)較小的限幅。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(shí)現(xiàn)較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(jī)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(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(jìn)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(jìn)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，在一些情況下，改善幅度高達(dá) 5dB。

· 采用另一種測量方法。除了使用默認(rèn)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(shí)現(xiàn)性能與速度的較佳搭配。對于典型的 ACLR 測量，測量結(jié)果可能改善高達(dá) 10dB 或更多（圖 3）。如果測量需要較高的性能，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(shí)現(xiàn)了 11dB 的改善。

總結(jié)

符合標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行測量時，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量非常復(fù)雜。應(yīng)對這一挑戰(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(jìn)一步改善測量結(jié)果。

作者簡介

Jung-ik Suh 于 1997 年加入惠普/安捷倫，擔(dān)任基站、航空航天與國防、汽車和電子產(chǎn)品方面的技術(shù)支持工程師。他還分別擔(dān)任安捷倫和 Skyworks 的現(xiàn)場銷售工程師和營業(yè)客戶經(jīng)理，為主要的無線客戶提供服務(wù)。2006 年，他加入安捷倫亞洲區(qū)營銷組織并擔(dān)任無線項(xiàng)目經(jīng)理，組織各種無線營銷活動。自 2010 年起，Jung-ik 在安捷倫電子測量事業(yè)部營銷組織中從事全球營銷計劃。Jung-ik 持有韓國光云大學(xué)（首爾）的電子工程學(xué)士學(xué)位。

側(cè)欄：LTE 發(fā)射機(jī)設(shè)計的復(fù)雜問題

由于 LTE 性能目標(biāo)設(shè)立得非常高，工程師們必須精心地進(jìn)行設(shè)計折中，以便在無線發(fā)射機(jī)鏈路的各個關(guān)鍵部分實(shí)現(xiàn)較佳平衡。LTE 發(fā)射機(jī)設(shè)計的一個重要方面是較大限度減少無效發(fā)射，特別是可能在任何頻率上產(chǎn)生的雜散發(fā)射。雖然 LTE 類似于其它無線系統(tǒng)，但由于在頻段邊緣發(fā)射信號必須符合嚴(yán)格的功率泄露要求，因此還是遇到了挑戰(zhàn)，。LTE 支持較大 20 MHz 的信道帶寬，但許多頻段太窄，無法支持太多的信道，因此大部分 LTE 信道都處于頻段的邊緣。

控制發(fā)射機(jī)在頻段邊緣的性能需要設(shè)計濾波功能，以便在不影響信道內(nèi)性能的情況下濾除帶外發(fā)射。諸如成本、功率效率、物理體積以及在發(fā)射機(jī)方框圖中的位置等指標(biāo)也都是重要的考慮因素。較后，LTE 發(fā)射機(jī)必須滿足針對無效發(fā)射的所有指定限制，包括對泄露到鄰近信道的功率量（ACLR）的限制。

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