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  • ACLR

    ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio,相邻频道泄漏比)是用来衡量规定使用传输频道以外,传输RF能量的一个指标由输出功率放大器产生,由于会发生干扰并且破坏规定的需求,因此必须准确加以测量。ACLR在第二代移动电话的应用中称为ACPR。幸运的是,Agilent推出了N5182A MXG矢量信号发生器,这是一款用于精确测量无线传输放大器ACL或ACP性能的功能强大的工具,其设计旨在最大程度地减少无线发射器失真。波峰因数信号是以调制器产生的I/Q波形的均方根(RMS)值的形式计算的,用于自动调整I/Q调制器驱动级别,以获得最小的邻信道失真。

    编辑摘要

    目录

    发射功率与CPICHEc/No之间的关系/ACLR 编辑

    从理论上探讨了各种业务信道的发射功率与CPICHEc/No之间的关系,并进行了现场测试。该关系将网络的负荷情况与业务的性能联系在一起,在实际网络规划和优化中,可利用该关系提升网络性能。

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    在WCDMA无线网络中,不同的业务具有不同的复盖,每种业务的复盖范围与其下行无线链路的最大发射功率有关。在WCDMA网络中,为了保证某种业务的连续复盖,需要合理设定该种业务的最大发射功率;同时,为了更加有效地利用无线资源,需要设定合适的下行最小无线链路功率,这种情况经常应用在室内复盖等无线条件比较好的无线环境中。文章对WCDMA无线网络中各种无线接入承载(RAB:RadioAccessBearer)的DPCH信道功率设置进行了探讨。

    关系/ACLR 编辑

    对于不同的业务,需要不同的下行码发射功率来维持该业务所需的块误码率(BLER:BlockErrorRate)。对于特定的业务,NodeB发射的下行码发射功率取决于下面的几个因素:无线传播环境、该业务的BLER目标、用户设备(UE)是否处于宏分集状态和UE的移动速度等。

    当UE处于单链路(ActiveSetSize为1)时,每种业务专用物理信道(DPCH)所需的功率相对公共导频信道(CPICH)Ec/No为CPICH的信号质量,EcRAB/No=Φ(RAB,BLERTarget,Channel);EcRAB/No=Φ(RAB,BLERTarget,Channel),表示为了维持某一RAB所需的BLERTarget,DCH需要的信号质量EcRAB/No。一般地,EcRAB/No是RAB和BLER目标的函数(实际上,EcRAB/No还和信道环境及UE移动速度有关)。因此,某种业务相对CPICH的功率(dB)在一定的BLER目标和信道条件下与CPICH的Ec/No呈线性关系,如图1所示。

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    当网络的负荷变化时(表现为CPICHEc/No的变化),业务所需的下行发射功率也将发生变化。因此,一方面,可以根据CPICHEc/No来相应地确定各种业务下行的发射功率;另一方面,通过考察网络的CPICHEc/No的分布情况,能够了解各种业务相应的复盖范围。这样,就能准确地对网络性能作出判断,为网络规划和优化作出指导。例如,当需要保证某种业务的连续复盖时,可以根据该业务所需的CPICHEc/No,调整该业务的dlPowerOffset值。

    各种业务的dlPowerOffset的设置具有一定的范围。在无线环境和网络负荷都比较好的情况下,下行发射码功率(DownlinkTransmittedCodePower)非常低,此时无线环境的突变(如出现新干扰)和NodeB硬件资源的限制就可能会导致该无线链路的掉话。为了防止出现这种现象,需要合适地设置最小下行发射码功率dlMinPower(单位为dB,表示相对CPICH信道的功率)。一方面,dlMinPower不能设置地过小,否则起不到保护无线链路的作用;另一方面,dlMinPower也不能设置地过大,否则会大大浪费NodeB的功率,减小系统容量。各种业务的最大下行发射码功率dlMaxPower(单位为dB,表示相对CPICH信道的功率)也不能设置地过大,否则会占据大量的下行发射功率,容易导致整个网络性能的下降。

    注意/ACLR 编辑

    需要注意的是,Ec/No与dlPowerOffset的关系与UE是相关的,这是因为下行的功控是UE控制的,并且不同的UE解调能力和功控算法都不相同。尽管如此,我们还是可以选择一种具有代表性的UE作为实验对象,考察各种业务的下行功率(相对于CPICH)与CPICHEc/No的关系。

    如何提高无线通信系统中放大器ACLR和ACPR的测量精度

    如何提高无线通信系统放大器ACLR的测量精度/ACLR 编辑

    数字无线通信系统采用复杂的调制格式通过有限带宽来传输语音、数字和多媒体服务。采用GSM和WCDMA的无线网络可以提供高性能和高可靠性,但却取决于其最终的发射器极的功率放大器的线性度。这些固态放大器必须使用复杂的调制技术来增强信号,并且不会在指定频带外产生过度的失真和信号泄漏现象。相邻频带(放大器指定频带外)的过度失真被称为邻信道泄漏(ACL)或邻信道功率(ACP),可能会在数字通信网络中导致误码,降低服务性能或者中断服务。幸运的是,Agilent推出了N5182A MXG矢量信号发生器,这是一款用于精确测量无线传输放大器ACL或ACP性能的功能强大的工具,其设计旨在最大程度地减少无线发射器失真。

    Agilent MXG矢量信号发生器(图1)可以在调制解调器数字无线通信系统中产生复杂的调制信号,但是其本身不会增加失真。该仪器非常直观,易于使用,测试操作员可以在本地或远程动态更改关键的信号参数。

    理想情况下,无线基站收发信台(BTS)中的功率放大器会增强输出信号,而不产生失真(图2)。但是每个放大器都会产生少量失真,数字无线通信系统中的复杂信号通常会使精心设计的功率放大器产生非线性行为。放大器的输出信号由减弱的同相/正交(I/Q)调制波形频谱、信道外载波噪声及其自身增加的互调失真组成。支持放大器的输出功率可以减少失真,但是同时会降低信噪比(SNR)和无线链路性能。使放大器超出其建议的输出电平同样没有帮助,通常会使放大器进行增益压缩(图3)。这会产生高电平的带外信号,从而干扰其它传输信号,导致在数字接收器中产生高误码率(BER)。功率放大器中邻信道干扰信号电平的测试是确保无线网络具有最佳性能的关键。

    在传统的窄带无线系统中,邻信道泄漏是通过使用多个信道内音调驱动放大器,并测量放大器产生的信道外互调失真来进行测试的。在新型宽带系统中,给定带宽内的集成带外信号功率则采用测试信号来仿效真实调制通信信号,然后将该信号与集成的信道内信号功率进行比较来进行测量。对于WCDMA系统(图4),邻信道泄漏比(ACLR)被定义为邻信道中集成的信号功率与主信道中集成的信号功率之比,即P(f1intbw)/P(fchbw)或者P(f2intbw)/P(fchbw)。在其它无线系统或其它波形格式中,ACLR也指邻信道功率比(ACPR)。在GSM系统中,邻信道泄漏则指输出RF频谱(ORFS)。

    使用固定峰值调变技术(GSM系统就是采用这种调制技术)的波形可使放大器实现较高的效率。但是具有高峰均比(波峰因数)的信号(如WCDMA和cdma2000)可能会导致放大器产生非线性操作和失真。WCDMA基站的ACLR性能通常为-45dBc,这使得功率放大器制造商将放大器的ACLR性能指定为-50dBc或更高。

    专为无线基站设计的功率放大器的频谱输出包括放大器增益(G)产生的输入信号(Pin)以及放大器增加的噪声和非线性失真。为了精确地测量放大器噪声,应最大程度地减少输入信号的噪声和失真。

    如果输入信号的ACL特性已知,则其对放大器输出ACL的作用也是已知的,为Pin与G的乘积。邻信道中放大器频谱输出的总功率可由下式求出:

    Pout (dBm)=10log [G Pin+(输出噪声+输出失真)]

    Pout(dBm)=10log (P1+ P2)

    其中:P1= G P2,P2=输出噪声+失真

    对于cdma2000和WCDMA多信道系统,由于大量邻信道失真及其相位的任意性,因此放大器输出失真类似于噪声。因为其类似于噪声,所以如果P1和Pout已知,则很容易确定输入信号的邻信道泄漏是否会影响放大器的ACL或ACP测量。如果输入信号泄漏功率影响(P1)与放大器噪声和失真功率(P2)的功率相同,则测得的放大器总输出功率将比这两者中的任意一个都高3dB,即:

    Ptotal (dBm)=10log(2P1)=3 dB+10log(P1)

    为了实现放大器ACLR性能的精确测量,必须使输入测试信号的ACL低于被测器件的ACLR,范围为10~15dB。Agilent MXG矢量信号发生器具有250kHz~3或6GHz的宽带宽范围以及用于精确进行3GPP WCDMA TM1 6?DPCH载波信号的邻信道测量所需的-6?dBc的出色ACLR性能。对于某些具有特殊要求的应用,该发生器可以配备Option UNV,可将ACL或ACP性能额外提高7~9dB,具体值取决于调制格式。

    Agilent MXG采用的波形头允许测试操作员对定制波形波峰因数和缩放设置进行编程,这可以优化I/Q调制器驱动级别和运行时缩放。一旦设定并保存,当波形被重新调用时,将自动使用这些参数。波峰因数信号是以调制器产生的I/Q波形的均方根(RMS)值的形式计算的,用于自动调整I/Q调制器驱动级别,以获得最小的邻信道失真。在自动(AUTO)工作模式下,Agilent MXG将计算波形的RMS值,并相应地设置I/Q调制器驱动级别。对于具有高波峰因数低RMS值的信号,计算得到的波形头RMS值可以用更加合适的值替代,I/Q调制器驱动级别可以手动调整。

    运行时缩放(满量程比例)消除了由于超过MXG矢量信号发生器中采用的数模转换器(DAC)的范围而产生的失真,从而生成复杂的调制输出波形。运行时缩放对于经过突变的波形(如上升波形)来说尤其重要。例如,CW正弦波的运行时缩放因数为99%,而上升波形的这一数值为78%。

    为了评估用于ACP和ACL测量的Agilent MXG矢量信号发生器的性能,这里用它进行多载波WCDMA基站放大器的ACLR性能测量,频率869~8?4MHz,增益50dB,增益平坦度±0.5dB。测得的输入返回损耗为18dB。Agilent MXG被用来以881MHz的中心频率生成WCDMA测试信号,该信号包含一个总载波功率为-11dBm的四载波TM1 6? DPCH波形。在使用Agilent PSA系列频谱分析仪进行测量之前,放大器由通过空气冷却的30dB衰减器的信号驱动至8W (+39dBm)的平均输出功率。

    Agilent MXG 矢量信号发生器提供的输入测试信号的ACLR以及Agilent PSA系列频谱分析仪测得的ACLR为-70dB,相隔和邻信道所测得的ACLR为-70dB(图6)。测得的总载波输出功率为+8.55dBm,约为-11.15dBm加上50dB增益再减去30dB的衰减器损耗。测得的邻信道的输出ACLR为-57和-52dBc。

    由于输入信号(加上放大器增益)与测得的邻信道的输出信号之间的最小功率差为13dB,因此对放大器输出邻信道功率的测试信号影响低于0.3dB,从而实现了非常精确的测量。

    作者:Paul Schmitz

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