在LTE和WiMAX測試系統(tǒng)中,信號統(tǒng)計(jì)內(nèi)容的有效捕獲有利于避免由于部件無法控制高波峰因數(shù)信號所引起的失真。由于對更高數(shù)據(jù)速率和更快信號傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L,測量所面臨的挑戰(zhàn)包括更高帶寬、更快上升和下降時(shí)間的信號的捕捉,這兩項(xiàng)指標(biāo)是今天的功率測量工具應(yīng)具備的關(guān)鍵功能。本文介紹了通信系統(tǒng)的功率測量的簡史,對現(xiàn)代通信系統(tǒng)進(jìn)行精確功率測量的重要考慮因素,以及功率計(jì)的最新進(jìn)展如何幫助我們高效完成功率測量任務(wù)。

蜂窩和無線技術(shù)在通信領(lǐng)域中的日漸融合使功率測量變得愈加復(fù)雜,尤其是對RF突發(fā)信號和復(fù)雜調(diào)制信號而言。過去,功率測量的要求非常簡單。對第1代的模擬信號來說,僅需測量平均功率。隨著2G通信系統(tǒng)的出現(xiàn),時(shí)分多址信號單時(shí)隙的功率測量可通過測量周期信號的平均功率值除以信號的占空比來獲得。

CDMA系統(tǒng)源于2G/3G技術(shù),而LTE和WiMAX則刺激了正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)的發(fā)展。越來越多的信道被合并成一個(gè)信道以獲得更高的峰均功率比或波峰因數(shù),通信格式也因此變得更為復(fù)雜了。人們現(xiàn)在對功率測量工具寄予了更高的期望,而不只限于傳統(tǒng)的平均功率測量了。現(xiàn)代功率測量工具需要能夠根據(jù)實(shí)際的任務(wù)捕獲隨機(jī)峰值偏移、快變信號的細(xì)節(jié)、峰均功率比和其他的信號統(tǒng)計(jì)特征。

視頻帶寬規(guī)格對峰值功率測量的影響

除了諸如失配、線性度和不確定度等規(guī)格外,視頻帶寬也是選擇功率測量工具時(shí)需重點(diǎn)考慮的。為了了解視頻帶寬規(guī)格對功率測量的影響,我們設(shè)想有一個(gè)由同幅度的、頻差為1MHz的兩個(gè)RF音調(diào)組成的信號,其功率包絡(luò)由1MHz的正弦波疊加在平均功率上；它的平均功率是每個(gè)音調(diào)的功率之和,而峰值功率是平均功率的兩倍,因此這個(gè)正弦波是從零到兩倍平均功率之間擺動(dòng)。由于信號的峰均比是3dB,當(dāng)使用二極管檢波器測量該信號時(shí),會產(chǎn)生一個(gè)與平均功率對應(yīng)的直流成分和一個(gè)與1MHz正弦波對應(yīng)的1MHz成分。

任何視頻帶寬的波動(dòng)會直接影響到峰值功率的測量,而對平均功率的測量無任何影響。如果功率計(jì)的視頻帶寬在1MHz處具有3dB帶寬,則正弦波音調(diào)將衰減到所期望信號幅度的一半。在這種情況下,盡管功率測量工具能相當(dāng)精確地測量出平均功率,但是在峰值功率的測量中卻存有的誤差(圖1)。

圖1:峰值功率計(jì)的視頻帶寬不足會導(dǎo)致峰值功率測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

上升和下降時(shí)間規(guī)格對捕獲快變脈沖信號的重要性

諸如EDGE、WiMAX和WLAN等RF突發(fā)型信號來說,上升和下降時(shí)間測量是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)精確測量,功率測量工具的上升/下降時(shí)間規(guī)格至少應(yīng)為信號上升/下降時(shí)間的八分之一。

然而,僅僅只是測量平均功率的話,則功率測量工具的上升/下降時(shí)間只需與信號的上升/下降時(shí)間接近即可。這可以通過在信號達(dá)到其脈沖頂部時(shí)延遲工具的門控測量來獲得。

減少功率測量中的噪聲影響

功率測量工具的噪聲會影響測量結(jié)果的精確性,尤其是在低功率水平時(shí)。在平均功率測量中,可以通過多次平均來減少噪聲變量。然而,由于信號的隨機(jī)峰值特性,并不能將此應(yīng)用到峰值功率的測量。

在這種情況下,功率測量工具的帶寬需略大于信號帶寬,從而限制進(jìn)入到數(shù)字信號處理電路中的噪聲,同時(shí)可最大化動(dòng)態(tài)范圍與減少不確定度。今天的功率測量工具一般可提供可調(diào)視頻帶寬以滿足不同的被測信號。例如,P系列功率計(jì)允許WiMAX或WLAN信號測量的帶寬調(diào)節(jié)到30MHz,也允許WCDMA信號測量將帶寬調(diào)節(jié)到5MHz。

功率計(jì)和傳感器的新進(jìn)展

數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展以及功率測量工具的處理功率和存儲容量的增加,使今天的功率計(jì)和傳感器增添了許多新的功能。過去,只有昂貴的頻譜分析儀擁有諸如互補(bǔ)累計(jì)失真函數(shù)(CCDF)等信號統(tǒng)計(jì)分析功能。

CCDF曲線表明無線信號在特定功率水平上占用的時(shí)間百分比。CCDF的曲線分析有助于研發(fā)工程師觀察不同調(diào)制格式的影響,并確保系統(tǒng)器件能經(jīng)受住高峰值功率測試信號。現(xiàn)代功率計(jì)一般具備CCDF測量功能,其相對頻譜分析儀的該功能而言具有更快的速度和可重復(fù)的特點(diǎn)。

現(xiàn)代功率計(jì)的另一個(gè)新特征是能夠?qū)崿F(xiàn)“內(nèi)部調(diào)零和校準(zhǔn)”,在具有外部校準(zhǔn)源進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)就免除了執(zhí)行多次連接和斷開操作的需要。該新特征開創(chuàng)了基站發(fā)射器測量和天線輸出功率監(jiān)控的新途徑。應(yīng)用于后者的功率計(jì)和傳感器可置于天線架的頂部,并可與天線終年接觸直至每年的校準(zhǔn)期為止。功率計(jì)與LAN的連接還能使工程師坐在控制室就可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程測量。此外,也可以通過更多的緊湊型USB功率傳感器/測量計(jì)來啟動(dòng)功率測量,而無需使用功率計(jì)進(jìn)行測量。由于使用USB供電,這些傳感器/測量計(jì)能提供簡易的儀器安裝以及靈活并可攜的測量方式。

一些現(xiàn)代功率計(jì)都配帶有應(yīng)用軟件以增加功率計(jì)的信號監(jiān)控和分析能力。其他的能力包括針對歷史數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)記錄、在屏幕上查看多個(gè)信道、多種顯示格式以及先進(jìn)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)功能(圖2)。

圖2:帶有先進(jìn)應(yīng)用軟件的現(xiàn)代功率計(jì)進(jìn)一步提高了功率計(jì)的功能。

隨著數(shù)字調(diào)制信號復(fù)雜性的快速增長,也增加了對功率測量工具的需求和期望。對功率計(jì)和傳感器的合適選擇可確保功率測量的精確性和可重復(fù)性。不僅如此,現(xiàn)代功率計(jì)和傳感器所具備的新特征還有助于工程師更創(chuàng)新、更高效地解決當(dāng)今通信系統(tǒng)功率測量問題所帶來的挑戰(zhàn)。

作者:Sook Hua Wong

產(chǎn)品規(guī)劃工程師

安捷倫科技公司

sook-hua_wong@