LTE基站發(fā)射機(jī)本振信號(hào)的主要指標(biāo)與測(cè)試方法

石高巍

摘要文章根據(jù)LTE基站發(fā)射機(jī)實(shí)際研發(fā)測(cè)試指標(biāo)，對(duì)其本振信號(hào)測(cè)試的主要指標(biāo)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，并介紹了所需要的測(cè)試設(shè)備，最后給出了相應(yīng)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果。

關(guān)鍵詞LTE基站發(fā)射機(jī)本振測(cè)試指標(biāo)

1引言

LTE作為4G時(shí)代的移動(dòng)無(wú)線技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)，旨在增加系統(tǒng)的頻譜利用率、提高數(shù)據(jù)的傳輸率和降低系統(tǒng)的傳輸延遲。因此，LTE系統(tǒng)對(duì)信息速率和可靠性提出了更高的要求。

發(fā)射機(jī)是無(wú)線通信基站發(fā)射信號(hào)的核心部件，其性能的好壞直接決定了無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。通常，發(fā)射機(jī)通過(guò)本振與中頻調(diào)制信號(hào)混頻，使其頻率變換到所需的發(fā)射頻率。對(duì)于發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，頻率變換理論上不會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變；而實(shí)際上，混頻器和本振都會(huì)使發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)產(chǎn)生畸變，從而降低發(fā)射機(jī)的性能?；祛l器對(duì)信號(hào)的惡化主要是混頻雜波，所以本振信號(hào)的純度是衡量發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。本振信號(hào)強(qiáng)調(diào)高頻譜純度、低相位噪聲、高信號(hào)穩(wěn)定性，但因其敏感特性而容易受到干擾。若本振信號(hào)性能較差，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)信噪比下降、信號(hào)產(chǎn)生失真。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)本振信號(hào)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，本振信號(hào)的測(cè)試是LTE基站發(fā)射機(jī)研發(fā)時(shí)測(cè)試的主要項(xiàng)目之一。

2主要測(cè)試指標(biāo)

本振信號(hào)的主要測(cè)試指標(biāo)有頻率范圍、輸出功率與諧波、單邊帶相位噪聲、雜散和注入鎖定。

頻率范圍是指本振信號(hào)工作在指定的頻率和通道范圍內(nèi)，并且鎖定。本振信號(hào)頻率直接影響發(fā)射機(jī)的輸出頻率。

輸出功率與諧波是指本振的功率輸出以及諧波失真。發(fā)射機(jī)的信號(hào)是由基帶信號(hào)與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生的，所以本振信號(hào)功率大小與諧波失真跟發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)質(zhì)量有重要關(guān)聯(lián)。

單邊帶相位噪聲是衡量頻率源穩(wěn)定度和最常用的表征相位不穩(wěn)定度的參數(shù)。在無(wú)線應(yīng)用中，相位噪聲是頻率合成器的關(guān)鍵性能參數(shù)，RF系統(tǒng)設(shè)計(jì)均需要低噪聲本振信號(hào)，而相位噪聲會(huì)引起收發(fā)器的RMS相位誤差。

雜散是指和輸出信號(hào)沒(méi)有諧波關(guān)系的一些無(wú)用譜。它在頻譜上可能表現(xiàn)為若干對(duì)稱邊帶，也可能表現(xiàn)為存在于信號(hào)頻率譜線旁的非諧波關(guān)系的離散單根譜線，這譜線的幅度一般都高于噪聲，通常用與載波頻率成非諧波關(guān)系的離散頻譜功率和載波功率之比來(lái)表征PLL(鎖相環(huán))的雜散性能。

注入鎖定是指信號(hào)干擾的頻率在振蕩器振蕩頻率附近時(shí)，振蕩頻率會(huì)在一定條件下鎖定在干擾頻率上。由于LTE基站發(fā)射機(jī)多個(gè)通道間采用各自獨(dú)立的本振信號(hào)，因此注入鎖定用于測(cè)試各個(gè)通道本振信號(hào)之間的相互干擾。

上述這些指標(biāo)，頻率失鎖將導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無(wú)法正常工作，諧波過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致互調(diào)失真，相位噪聲和雜散則是表征本振信號(hào)純度的主要參數(shù)，而注入鎖定為本振信號(hào)間的干擾主要參數(shù)。

3主要測(cè)試設(shè)備

頻率范圍、輸出功率與諧波主要通過(guò)頻譜儀來(lái)完成。這里以羅德與施瓦茨公司的FSV信號(hào)分析儀為例，F(xiàn)SV在電平測(cè)量精度方面首屈一指，在7GHz下只具有0.4dB的測(cè)量不確定度，可提供精準(zhǔn)、可靠的測(cè)量結(jié)果。這也意味著它能以高精度測(cè)量5.8GHz ISM波段以及衛(wèi)星波段下的電平，而在許多情況下這需要使用一個(gè)額外的功率計(jì)。

單邊帶相位噪聲、雜散、注入鎖定用信號(hào)源分析儀測(cè)試。應(yīng)該指出，不同場(chǎng)合對(duì)相位噪聲的要求不同，測(cè)量方法也不同。直接用頻譜儀測(cè)相位噪聲的方法較為簡(jiǎn)易，也是廣泛應(yīng)用和十分有效的方法。但是由于受頻譜儀底噪、動(dòng)態(tài)范圍、濾波器等限制，其測(cè)量性能受限，一般用于測(cè)量相位噪聲指標(biāo)不是很高的頻率源的相位噪聲。而在本文測(cè)試中，LTE基站發(fā)射機(jī)對(duì)LO指標(biāo)要求嚴(yán)格，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出頻譜儀所能達(dá)到的能力。因此信號(hào)源分析儀是更好的選擇，本文的測(cè)試以安捷倫E5052為例。安捷倫E5052A信號(hào)源分析儀和E5001A SSA－J抖動(dòng)分析軟件可為時(shí)鐘抖動(dòng)提供分辨率達(dá)到飛秒級(jí)的抖動(dòng)分析能力。E5052A／B的抖動(dòng)測(cè)量分辨率極高，本底噪聲超乎尋常地低，在10Gbps速率處隨機(jī)性抖動(dòng)的本底噪聲只有幾個(gè)飛秒的量級(jí)。E5052A／B有一個(gè)非常純凈的內(nèi)部參考時(shí)基，同時(shí)因?yàn)樗鼘?duì)相位噪聲的測(cè)試是在已經(jīng)沒(méi)有大載波信號(hào)的基帶上進(jìn)行的，因而可以保證很寬的動(dòng)態(tài)范圍。

4測(cè)試方法與實(shí)例

頻率范圍：在本振信號(hào)工作頻帶范圍內(nèi)改變發(fā)射機(jī)當(dāng)前工作頻率，然后通過(guò)頻譜儀觀察鎖相環(huán)是否鎖定以及頻率是否正常。

輸出功率與諧波：用功率計(jì)或者頻譜儀觀察輸出功率是否正常，以及本振信號(hào)的各個(gè)諧波是否在指標(biāo)之內(nèi)。圖1是用FSV諧波測(cè)試功能的測(cè)試結(jié)果。

單邊帶相位噪聲：用信號(hào)源分析儀直接讀出測(cè)試相位噪聲。圖2是E5052A測(cè)試結(jié)果。

雜散：用相位噪聲測(cè)試儀和頻譜儀測(cè)試雜散?？梢杂肊5052A功能直接讀出，E5052A頻帶外用頻譜儀測(cè)量。結(jié)果如表1：

注入鎖定：讓各路本振信號(hào)工作在相同和不同頻率，然后用相位噪聲測(cè)試儀分別測(cè)試各個(gè)本振信號(hào)輸出，觀察相互間影響，尤其是相鄰?fù)ǖ篱g的相互影響，以防止各個(gè)通道之間泄漏使得相位噪聲增加。

5結(jié)論

本振信號(hào)測(cè)試是LTE基站發(fā)射機(jī)研發(fā)的重要環(huán)節(jié)，本振信號(hào)的質(zhì)量關(guān)乎發(fā)射機(jī)的整體性能。在測(cè)試本振信號(hào)指標(biāo)的時(shí)候，必須充分考慮到本振信號(hào)與測(cè)試系統(tǒng)的影響，一旦在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)有個(gè)合理的分析以查出原因。由于LTE本振性能指標(biāo)的要求嚴(yán)格，如何改善測(cè)試系統(tǒng)的性能及誤差也是研發(fā)測(cè)試所要評(píng)估的一項(xiàng)重要指標(biāo)。希望本文介紹的本振信號(hào)的測(cè)試方法，能夠?qū)TE基站發(fā)射機(jī)研發(fā)測(cè)試及調(diào)試有所幫助。