3G基站发射机性能测试与分析

    在当前快速发展的第三代无线通信系统较之先前的第二代无线网络极大的改善了系统性能和服务质量。为了达到更高的传输率，３Ｇ采用高度复杂的调制系统．各种3G基站系统的快速发展对WCDMA射频部分、码域部分性能稳定运行提出了更高的要求，UMTS基站系统的维护测量日益要求测量人员进行频域、时域、幅度域、调制域等全方位的性能评估．这给工程师带来了新的挑战．

    WCDMA UMTS Node B发射机的特征描述包括射频频谱描述和码域解调描述两大部分，基于这种描述的测量可以使用具有解调功能的手持式频谱分析仪进行。例如来自安立公司的新型手持式基站测试仪MT8220A，该款WCDMA发射机便携测试仪不仅包括传统意义上的基于信号频谱的分析能力，也包括载波频率、频率误差、占用带宽、通道功率、峰均比、噪声电平及邻道干扰比(ACLR??R)，而且包括WCDMA发射机必须测量的调制域分析能力，包括了杂散特性测量、矢量误差幅度 (EVM)测量、载波馈通测量、主/辅公共控制物理信道(P-CCPCH/S-CCPCH)，主/辅同步信道(P-SCH/S-SCH)，寻呼指示信道 (PICH)，公共导频信道(CPICH)，主导频信道绝对功率电平等调制域指标。

    码域解调测量

    通过利用先进的半导体技术，安立公司成功研发了一系列小型射频／微波器件．这允许在小巧 2.9kg的重量下达到比美普通台面式仪表的指标与性能．基于全新高性能7.1GHz频谱分析仪平台,配上功能强大的WCDMA解调功能，真正实现在任何时间任何地点进行测量与分析．低至-153dBm平均噪声底电平在手持式仪表中也是遥遥领先．当中也加强了仪表在测量谱辐射掩模(Spectral Emission Mask)与ACLR的性能与指标(图1)．

图1：码域解调测量

    UMTS WCDMA发射机测试

    MT8220A的内置频谱分析模式专为WCDMA基站RF测量而优化，其射频测量的内容包括载波频率、频率误差、占用带宽、通道功率、峰均比、噪声电平及ACLR。

    ACLR测量----通常由于线性功率放大器的非线性导致系统产生较高的ACLR，邻道功率泄漏对信道本底噪声有所贡献。它直接降低系统冗余量/容量，ACLR特性将极大的影响其他站点的工作状态和通信状态。过高的值将给手机用户带来所谓的远近效应。手持式频谱分析仪通常内置了信号滤波器，这种滤波器严格定义了ACLR测量的带宽和形状系数以满足3dB带宽严格等于码片速率。通过MT8220A内置的ACLR测量模式，用户可以精确得到偏离载波5MHz及10MHz的精确泄漏值。

    信号杂散测量---MT8220A同时提供WCDMA杂散测试模式，内置标准的3GPP杂散模板，随着信号大小的变化，模板测量将指示杂散指标是否PASS或者FAIL，简洁的结果显示便于用户识别。

    码域解调测量---MT8220A提供的码域解调测试模式提供对WCDMA信号质量的测试，该测试模式可以对P-CCPCH、S-CCPCH、P-SCH、S-SCH、PICH、CPICH、P-CPICH信道的绝对功率测量及码道功率、EVM、载波馈通等参数的测量。在这种模式下，MT8220A解调接收到的信号并提供三种显示模式：码域功率显示、码谱显示、调制一览表显示。码域功率显示所有选择的OVSF码，P-CPICH、P-SCH 和S-SCH 信道上适当的功率电平对优化网络容量和质量至关重要。只有能够正确解调发送的信号、并在码域中分析功率电平的测试设备，才能进行这些功率测量。这些信号决定着小区覆盖范围，必须设置在适当的限度内。

    码谱图测试---用颜色标度显示码域功率，在纵轴上从底部到顶部构建不同时间的显示画面，同时包括功率与码信道的每条后续轨迹。码谱图显示了具有不同数据速率和业务需求的基站的特性。通过评估码谱图，可以获得与W-CDMA系统有关的重要诊断信息。这为检验和分析基站中的业务信道和信令信道的特性提供了一种有效的方式。数据速率高的信号通常迅速传送，通过其它方式是很难观察的。码谱图分析还可以跟踪不同时间上的业务负荷，显示呼叫量和呼叫功率.

图2：调制项目一览表显示

    空中测量模式---这三种模式用户可以通过天线或者直接连接到NodeB的方式进行，三种模式均可直接显示载频功率、频率和通道功率，但是不是所有的基站能够支持所有的三种模式。例如，直接连接到NodeB的测量往往只能完成对占用带宽、ACLR、杂散特性、峰均比的测量。通过空中接口，MT8220A能够帮助用户自动捕捉信号最强的6组扰码，用户也可以通过手动方式来指定扰码号。扰码分析检测每个接收的 WCDMA下行信号的导频功率电平，这里显示为(Ec)。扰码分析还检测周围噪声，并使用周围噪声(Io)计算Ec/Io。这在WCDMA 中相当于每个扇区的信噪比，从而可以简便地确定该地点的覆盖质量。在空中测量模式中MT8220A提供的测量信息包括总功率、导频功率(CPICH)、 Ec/Io、Ec及导频容限参数。

    调制项目一览表显示

    WCDMA网络在3G领域中提供了重要的演进步骤。拥有高效的诊断和测试工具对于系统的运行和维护显得非常重要。这缩短了系统中断时间和维护任务，及保证了客户满意度。传统的大型专用测试仪成本太高、过于笨重、在现场实地应用中使用起来过于复杂。 MT8220A是专门为基站技术人员和现场RF工程师设计的,它率先为网络运行管理人员提供了优异的性能、可用性和价值。MT8220A提供的测试套件帮助用户在PC上进行测量结果的详细分析，用户可以方便的将测得的数据以。JPG和。DAT的方式下载到电脑上进行基站维护报告的撰写。

    轻便式的外形设计给工程师提供一种随身的工具．在面对3G测试和测量挑战时，希望可以减轻工程师的负担．

    掌握关键技术指标应对3G测试面临的挑战

    Tan Hock Leong

    Anritsu公司亚太地区市场经理

    进入3G以后，中国工程师和海外工程师所面对的挑战是一样的。现在手机追求的是达到更高的传输率，在GSM上比较普遍的是测量驻波比和回波损耗，没有实际的需要来测试解调的参数。现在用QPSK、16QAM或8PSK调制，这些都是复杂的调制方式，因此，需要测试一些过去2G时代不需要测试的项目，例如EVM(Error Vector Magnitude)，增加了以前没有注重那一类的参数测试。

    当然，有很多参数测也行，不测也行，但是，如果不测的话，有些问题可能就无法发现，往后可能会对整个服务的质量造成一些影响。我们公司在 10年前就推出了一系列Site Master的仪表，手持测试主要针对现场或外场的测试，80%以上客户采用Site Master。

    目前，韩国主要采用CDMA或CDMA2000，或者是EVDO的系统，他们也有WCDMA系统，所测试的项目比我在其它国家看到的要多，包括通道功率(Channel Power)、EVM、ACLR、OBW和频谱辐射掩模(SEM,Spectrum Emission Mask)等等，因为只有通过全面测试才能发现一些干扰信号，才能由此对整个系统进行修正。

    目前，中国出现的问题是工程师本身可能并不知道需要测试什么参数？如果以2G测试的做法来做3G的测试，在服务质量上可能会受到一些影响。半年以来，亚太地区很多工程师进行了驻波比和回波损耗的测试之后，就进行路测，调制参数就完全没有测。存在这样的问题也许是工程师不了解调制参数测试的重要性，例如EVM测试，如果调制指标没有达到的话，就可能造成掉话等问题。

    Leong：通过全面测试，才能修正整个系统。

    具体来说，EVM是误差向量幅度的意思，它以符号来表示数据的传输速率，例如简单的ＢPSK就只有简单的两个符号，两者相差180度；但是，在QPSK的时候就有四个符号，你可以想象为四点，每点相差90度，就好象一个四方形的样子，四个角落就是符号的位置，EVM就是测试符号是否在角落上的那个位置，看偏离有多远。例如，在WCDMA下主要是BPSK和QPSK调制，在HSDPA会用到8PSK，进一步会用到16QAM，以16个符号来代表，从而进一步提高传输速率。16QAM时，一共有16个符号，EVM测量以百分比来表示符号偏离其位置的大小，它是基站测试中很重要的指标。

    总的看来，随着传输率的提高，某些以前不需要测试的参数，现在需要测试了，工程师一方面须要更深地了解新的测试参数，另一方面现场未必有相关的测试设备，测试时间将增加50%，这是他们面临的挑战之一。

    在3G测试设备领域， MT8220A频谱分析仪的频率最高可以达到7.1GHz，在2.9Kg这个体形下，这台频谱仪的指标已经在很多方面达到台式机的水平，底噪声电平为 -153dBm。MT8220A已经是我们手持频谱仪的第五代产品。大概在5年前，我们推出了手持频谱仪，目前，尽管陆续有很多竞争对手推出跟我们类似的功能，但是，在现场测试领域我们还是占有领先地位。

    尽管3G标准持续变化，但是我们的测试设备分辨率带宽最低为10Hz，底噪只有-153dBm，带宽已经做到7.1GHz，因此，能够避免短期内对硬件升级提出新的要求。今后，如果3G增加新的解调功能，只要软件升级就可以了。

    通过与竞争对手的比较，发现许多竞争对手并没有谱辐射掩模这个测试项目。ACLR是在台面仪器才能做的测试，在我们第三、第四代的频谱分析仪还达不到这方面的性能。仪器的动态范围或者相位噪声的指标如果不够好，在测量EVM、SEM和ACLR上面就会受到影响。

    例如ACLR的测量就要求仪表有很高的灵敏度、动态范围和相位噪声指标，它测试的是邻道功率泄露比，如果仪器的动态范围不够，那么噪声可能就会看起来高一些，主要是因为底噪声不够低造成的。这样一来就会影响整个测试的效果。因此，有些测试设备厂家的仪器甚至不能测试SEM。它主要测试基站发射机是否有一些杂散或干扰的信号，测试过程中会自动设置一个MASK作为门限，由它判定是否合格。

    借助于手持仪表，工程师将不需要携带很大、很重的仪表到现场进行测试，价格上也比台式仪器低。未来的发展是集成更多的仪器功能，为了缩短测试时间，我们有储存的功能，一个文档就可以收集所有的测试参数，从而不必担心现场数据的遗漏储存。我们的频谱仪配置了以太网和USB口，通过网络可以实现远程的控制。

    移动通信80%的客户采用了我们的Site Master测试设备，主要用于维护和工程测试。今后，我们会根据客户的要求增加新的功能，而主要是在这个高性能硬件平台和DSP上把新的功能不断地加上去，就会给测量工程师应对测量挑战方面提供一个好的方案。重点考虑的就是HSDPA的测试，以及其它的解调方式。