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LTE发射机ACLR性能测量技术
作者: Jung-ik Suh 安捷伦科技企业 上网日期: 12月17日  已经有[ 0 ]个评论   打印版 订阅
关键字: LTE发射机   ACLR性能   LTE测量   发射滤波器  
现代无线服务提供商正致力于不停扩大带宽, 为更多用户提供互联网协议(IP)服务。长久演进技术(LTE)是新一代蜂窝技术, 能够增强目前布署3GPP网络并发明关键新业务机会, 从而满足上述需求。LTE体系结构复杂而且还在不停演进, 这为网络和用户设备设计与测试带来了新挑战。其中, 在空中接口上一个关键挑战就是怎样在信号传输过程中进行功率管理。
在LTE等数字通信系统中, 发射信号泄漏到邻近信道功率可能会对邻近信道中信号传输产生干扰, 进而影响系统性能。相邻信道泄漏功率比(ACLR)测试能够验证系统发射机工作性能是否符合要求限制。鉴于LTE技术复杂性, 快速和正确地实施这种关键测试对于测试人员来说可能充满挑战性(见表1)。装有LTE特定信号生成软件信号发生器、 装有LTE特定测量软件现代化信号分析仪, 以及针对该分析仪优化方法, 能够帮助测试人员战胜这一挑战。
了解ACLR测试要求
ACLR是LTE射频发射机一致性测试中一个关键发射机特征。这些测试目是验证被测件是否达成了基站(eNB)和用户设备(UE)中最低要求。大部分针对带外发射LTE一致性测试与在范围和目上与针对WCDMA一致性测试类似。不过WCDMA指定了使用根余弦(RRC)滤波器进行发射机测量, 而标准并没有为LTE定义等效滤波器。所以, LTE发射机测试能够使用不一样滤波器来优化信道带内性能, 改善误差矢量幅度; 或优化信道带外性能, 取得更出色邻近信道功率特征。
鉴于在测试发射机性能中能够使用复杂发射机配置有很多, LTE指定了一系列下行链路信号配置来测试eNB。这些配置称为E-UTRA测试模型(E-TM)。它们可分为三大类: E-TM1、 E-TM2和E-TM3。第一类和第三类可再细分为E-TM1.1、 E-TM1.2、 E-TM3.1、 E-TM3.2和E-TM3.3注: E-UTRA中“E”源自“enhanced(增强型)”, 指LTE UMTS陆地无线接入; 而单独UTRA是指WCDMA。
ACLR测试要求会有所不一样, 这取决于发射机测试是在UE还是在eNB上进行。在UE上进行ACLR测试不像在eNB上进行那样要求严格。发射机测试使用要求用于eNB接收机测试参考测量信道(RMC)来实施。
3GPP LTE规范相关ACLR定义是, 以指定信道频率为中心滤波后平均功率与以邻近信道频率为中心滤波后平均功率之比。eNB最低ACLR一致性要求分为两种情景指定: 相同带宽邻近E-UTRA信道载波(E-UTRAACLR1); UTRA邻近和相间信道载波(分别是UTRAACLR1和UTRAACLR2)。
针对E-UTRA和UTRA邻近信道要求了不一样限制和测量滤波器, 用于成对频谱(FDD)和非成对频谱(TDD)工作。E-UTRA信道使用平方测量滤波器进行测量, 而UTRA信道使用滚降因子为0.22、 带宽等于码片速率RRC滤波器进行测量。
战胜ACLR测量挑战
鉴于LTE技术复杂性和用于测试发射机性能发射机配置复杂性, 符合标准频谱测量(比如ACLR)可能非常繁琐。幸运是, 高级信号测评工具出现使工程师们能够快速、 正确地进行这些LTE测量。功率测量(包含ACLR)通常使用频谱分析仪或信号分析仪来进行, 而要求测试信号使用信号发生器生成。

为了愈加好地说明怎样使用这些仪器, 请设想以下情景: 依据规范, 载波频率必需设置在被测基站所支持频段内, 根据成对频谱FDD工作或非成对频谱TDD工作时要求, 经过测量信道频率两侧频偏ACLR。首先使用E-TM1.1发射信号进行测试, 其中全部PDSCH资源块都含有相同功率。然后使用E-TM1.2信号(增加和降低功率)进行测试。E-TM1.2配置非常有用, 因为它能够仿真多个用户(其设备工作在不一样功率上)。这一情景结果是波峰因数更高, 造成在不产生额外无效频谱内容(比如ACLR)情况下放大信号变得愈加困难。
本例中, Agilent Signal Studio for LTE与Agilent MXG信号发生器相连, 生成频率设为 2.11GHz且符合标准E-TM1.2测试信号。输出信号幅度――决定ACLR性能关键考虑原因――设为-10dBm。在从1.4扩展到20MHz带宽范围内选择5MHz信道带宽。
图1为已选定传输信道(Transport Channel)eNB设置。底部为测试信号资源分配块图。信道1和2是要进行测量信道, 它们共享下行链路。

图1: 此处显示了E-TM1.2测试信号资源分配块(底部)。Y轴表示频率或资源块, X轴表示时隙或时间, 白色区域表示信道1, 粉红色区域表示信道2, 其它颜色表示同时信道、 参考信号等。
信道1输出功率电平为-4.3dB所以, 其信道功率已经进行过降低。信道2输出功率已经进行过增加, 设置为3dB。对于资源块分配图中不一样资源块, 能够设置复杂功率增加和降低选项。与全部资源块都处于同一功率级单个信道相比, 得到复合信号含有更高峰均比。放大这类功率增加信号可能非常困难。功率放大器中没有足够功率回退(back-off), 可能造成限幅。
随即, 能够使用在Agilent X系列信号分析仪上运行Signal Studio软件生成测试信号。生成信号以后, 经过LAN或GPIB将波形下载到信号发生器。将信号发生器射频输出端连接到信号分析仪射频输入端, 使用扫描频谱分析测量ACLR性能。在此例中, 信号分析仪处于LTE模式, 中心频率为2.11GHz, 选择了ACP测量。随即, 经过从LTE应用程序中一系列可用选项中(比如成对或非成对频谱、 邻近信道和相间信道中载波类型等选项), 调用合适参数和测试限制, 依据LTE标准进行快速一键式ACLR测量。
对于FDD测量, LTE定义了两种ACLR测量方法: 一个是在中心频率和偏置频率上使用E-UTRA(LTE); 另一个是在中心频率上使用LTE, 在邻近和相间偏置频率上使用UTRA(WCDMA)。图2显示了E-UTRA邻近和相间频偏信道ACLR测量结果。对于此次测量, 选择5MHz载波, 因为下行链路有301个子载波, 所以测量噪声带宽为4.515MHz。

图2: 此处显示是使用安捷伦X系列分析仪取得ACLR测量结果。第一个频偏(A)位于5MHz处, 集成带宽为4.515MHz。另一个频偏(B)位于10MHz处, 含有相同集成带宽。
化分析仪设置
即使上述一键式测量提供了非常快速、 易用、 依据LTE标准ACLR测量, 不过工程师仍然能够对信号分析仪设置进行优化, 取得更出色性能。有四种方法能够优化分析仪, 深入改善测量结果:
* 优化混频器上信号电平――优化输入混频器上信号电平要求对衰减器进行调整, 实现最小限幅。有些分析仪能够依据目前测得信号值自动选择衰减值。这为实现最好测量范围奠定了良好基础。其它分析仪(比如X系列信号分析仪)拥有电子和机械衰减器, 能够结合使用二者来优化性能。在这些情况下, 机械衰减器只需进行细微调整变得取得更出色结果, 步进大约为1或2dB。
* 更改分辨带宽滤波器――按下分析仪带宽滤波器键, 可降低分辨率带宽。注: 因为分辨率带宽降低, 所以扫描时间会增加。扫描速度降低, 能够降低测量结果和测量速度改变。
* 开启噪声校正――一旦开启噪声校正功效, 分析仪将会进行一次扫描, 以测量目前中心频率内部本底噪声, 并将在以后进行扫描中从测量结果中减去该内部本底噪声。这种方法能够显著改善ACLR, 有时改善幅度高达5dB。
* 采取另一个测量方法。除了使用默认测量方法(集成带宽或IBW)之外, 也能够采取滤波IBW方法。该方法使用了愈加陡降截止滤波器。即使这种方法会降低功率测量结果绝对精度, 不过对ACLR结果没有不利影响。
经过结合使用这些方法, 信号分析仪能够利用其嵌入式LTE应用程序自动优化ACLR测量, 实现性能与速度最好搭配。对于经典ACLR测量, 测量结果可能改善高达10dB或更多(图3)。假如测量需要最高性能, 那么能够深入调整分析仪设置。
本文小结
符合标准频谱测量(比如ACLR)对于射频工程师开发下一代无线系统含有极其关键作用。然而使用LTE应用软件进行测量时, 受多个原因影响, 这些测量非常复杂: 邻近信道带宽改变, 发射滤波器选择, 不一样带宽和不一样干扰灵敏度信道之间射频变量交互。应对这一挑战实用处理方案是使用安装有特定标准测量应用软件频谱分析仪或信号分析仪。此组合能够降低复杂测量中错误, 自动配置限制表和指定测试装置, 确保测量含有出色可反复性。使用分析仪优化技术能够深入改善测量结果。

图3: 此处显示是使用优化设置后安捷伦X系列信号分析仪取得ACLR测量结果。与图2使用嵌入式N9080A LTE测量应用软件取得结果相比, 图3中ACLR实现了11dB改善。

表1: LTE发射机设计复杂问题。