作者： Jung-ik Suh，安捷倫科技公司

現代無線服務提供商正致力于不斷擴大帶寬，為更多用戶提供互聯網協議（IP）服務。長期演進技術（LTE）是對當前部署的 3GPP 網絡進行增強并創造更多更重要應用的新一代蜂窩技術。LTE 的體系結構復雜同時還在不斷演進當中，這為網絡和用戶設備的設計與測試帶來了新的挑戰。其中，在空中接口上的一個關鍵挑戰就是如何在信號傳輸過程中進行功率管理。

在 LTE 等數字通信系統中，發射信號泄漏到鄰近信道的功率可能會對鄰近信道中的信號傳輸產生干擾，進而影響系統性能。相鄰信道泄漏功率比（ACLR）測試可以驗證系統發射機的工作性能是否符合規定的限制。鑒于 LTE 技術的復雜性，快速和精確地執行這種關鍵測試對于測試人員來說充滿挑戰性。裝有 LTE 特定信號生成軟件的信號發生器、裝有 LTE 特定測量軟件的現代化信號分析儀，以及針對該分析儀優化的方法，可以幫助測試人員戰勝這一挑戰。

了解 ACLR 測試要求

ACLR 是 LTE 射頻發射機一致性測試中的一個重要的發射機特性。這些測試的目的是驗證被測件是否達到了基站（eNB）和用戶設備（UE）中的較低要求。大部分針對帶外發射的 LTE 一致性測試在定義和目的上與針對 WCDMA 的一致性測試類似。但是 WCDMA 指定了使用根升余弦（RRC）濾波器進行發射機測量，而標準并沒有為 LTE 定義等效的濾波器。因此，LTE 發射機測試可以使用不同的濾波器來優化信道帶內性能，改善誤差矢量幅度；優化信道帶外性能，獲得更出色的鄰近信道功率特征。

鑒于在測試發射機性能中可以使用的復雜發射機有很多配置，LTE 指定了一系列下行鏈路信號配置來測試 eNB。這些配置稱為 E-UTRA 測試模型（E-TM）。它們可分為三大類：E-TM1、E-TM2 和 E-TM3。第一類和第三類可再細分為 E-TM1.1、E-TM1.2、E-TM3.1、E-TM3.2 和 E-TM3.3。注：E-UTRA中的“E”源自“enhanced（增強型）”，指 LTE UMTS 陸地無線接入；而單獨的 UTRA 是指 WCDMA。

ACLR 測試要求根據發射機測試是在 UE 還是在 eNB 上進行會有所不同。在 UE 上進行的 ACLR 測試不像在 eNB 上進行那樣要求嚴格。發射機測試使用規定用于 eNB 接收機測試的參考測量信道（RMC）來執行。

3GPP LTE 規范關于 ACLR 的定義是，以指定信道頻率為中心的濾波后平均功率與以鄰近信道頻率為中心的濾波后平均功率之比。eNB 的較低 ACLR 一致性要求分為兩種情景指定：相同帶寬的鄰近 E-UTRA 信道載波（E-UTRAACLR1）；UTRA 鄰近和相間信道載波（分別是 UTRAACLR1 和 UTRAACLR2）。

針對 E-UTRA 和 UTRA 鄰近信道規定了不同的限制和測量濾波器，用于成對頻譜（FDD）和非成對頻譜（TDD）工作。E-UTRA 信道使用平方測量濾波器進行測量，而 UTRA 信道使用滾降因子為 0.22、帶寬等于碼片速率的 RRC 濾波器進行測量。

戰勝 ACLR 測量挑戰

鑒于 LTE 技術的復雜性和用于測試發射機性能的發射機配置復雜性，符合標準的頻譜測量（例如 ACLR）可能非常繁瑣。幸運的是，先進的信號測量工具的出現使工程師們能夠快速、精確地進行這些 LTE 測量。功率測量（包括 ACLR）通常使用頻譜分析儀或信號分析儀來進行，該測量使用的測試信號則利用信號發生器生成。

為了更好地說明如何使用這些儀器，請設想以下情景：根據規范，載波頻率必須設置在被測基站所支持的頻段內，按照成對頻譜 FDD 工作或非成對頻譜 TDD 工作時的規定，通過測量信道頻率兩側一定頻偏的 ACLR。首先使用 E-TM1.1 發射信號進行測試，其中所有 PDSCH 資源塊都具有相同的功率。然后使用 E-TM1.2 信號（增加和減少功率）進行測試。E-TM1.2 配置非常有用，因為它能夠仿真多個用戶（其設備工作在不同功率上）。這一情景的結果是波峰因數更高，導致在不產生額外無效頻譜內容（例如 ACLR）的情況下放大信號變得更困難。

本例中，Agilent 支持 LTE 的 Signal Studio  與 Agilent MXG 信號發生器相連，生成頻率設為  2.11GHz 且符合標準的 E-TM1.2 測試信號。輸出信號幅度――決定 ACLR 性能的重要考慮因素――設為 -10dBm。在從 1.4到 20MHz 的帶寬范圍內選擇 5MHz 信道帶寬。

圖 1 為已選定傳輸信道（Transport Channel）的 eNB 設置。底部為測試信號的資源分配塊圖。信道 1 和 2 是要進行測量的信道，它們共享下行鏈路。

圖1. 此處顯示了 E-TM1.2 測試信號的資源分配塊（底部）。Y 軸表示頻率或資源塊，X 軸表示時隙或時間，白色區域表示信道 1，粉紅色區域表示信道 2，其它顏色表示同步信道、參考信號等。

信道 1 的輸出功率電平為 -4.3dB，其信道功率已經進行過降低。信道 2 的輸出功率已經進行過增加，設置為 3dB。對于資源塊分配圖中的不同資源塊，可以設置復雜的功率增加和降低選項。與所有資源塊都處于同一功率等級的單個信道相比，得到的復合信號具有更高的峰均比。放大此類功率增加的信號可能非常困難。功率放大器中沒有足夠的功率回退（back-off），可能導致限幅。

隨后，可以使用在 Agilent X 系列信號分析儀上運行的 Signal Studio 軟件生成測試信號。生成信號之后，通過 LAN 或 GPIB 將波形下載到信號發生器。將信號發生器的射頻輸出端連接到信號分析儀的射頻輸入端，使用掃描頻譜分析測量 ACLR 性能。在此例中，信號分析儀處于 LTE 模式，中心頻率為 2.11GHz，選擇了 ACP 測量。隨后，通過從 LTE 應用程序中的一系列可用選項中（例如成對或非成對頻譜、鄰近信道和相間信道中的載波類型等選項），調用適當的參數和測試限制，根據 LTE 標準進行快速一鍵式 ACLR 測量。

對于 FDD 測量，LTE 定義了兩種 ACLR 測量方法：一種是在中心頻率和偏置頻率上使用 E-UTRA（LTE）；另一種是在中心頻率上使用 LTE，在鄰近和相間的偏置頻率上使用 UTRA（WCDMA）。圖 2 顯示了 E-UTRA 鄰近和相間頻偏信道的 ACLR 測量結果。對于此次測量，選擇 5MHz 載波，由于下行鏈路有 301 個子載波，所以測量噪聲帶寬為 4.515MHz。

圖 2. 此處顯示的是使用 Agilent X 系列分析儀獲得的 ACLR 測量結果。第一個頻偏（A）位于 5MHz 處，集成帶寬為 4.515MHz。另一個頻偏（B）位于 10MHz 處，具有相同的集成帶寬。

優化分析儀設置

雖然上述的一鍵式測量提供了非常快速、易用、依據 LTE 標準的 ACLR 測量，但是工程師仍然可以對信號分析儀設置進行優化，獲得更出色的性能。有四種方法可以優化信號分析儀，進一步改善測量結果：

·             優化混頻器上的信號電平――優化輸入混頻器上的信號電平要求對衰減器進行調整，實現較小的限幅。有些分析儀能夠根據當前測得的信號值自動選擇衰減值。這為實現較佳的測量范圍奠定了良好的基礎。其它分析儀（例如 X 系列信號分析儀）擁有電子和機械衰減器，可以結合使用兩者來優化性能。在這些情況下，機械衰減器只需進行細微的調整便可以獲得更出色的結果，步進大約為 1 或 2dB。

·           更改分辨帶寬濾波器――按下分析儀的帶寬濾波器按鍵，可降低分辨率帶寬。注：由于分辨率帶寬降低，所以掃描時間會增加。掃描速度的降低，可以減少測量結果和測量速度的變化。

·           啟動噪聲校正――一旦啟動噪聲校正功能，分析儀將會進行一次掃描，以測量當前中心頻率的內部本底噪聲，并將在以后進行的掃描中從測量結果中減去該內部本底噪聲。這種方法能夠顯著改善 ACLR，在一些情況下，改善幅度高達 5dB。

·           采用另一種測量方法。除了使用默認的測量方法（集成帶寬或 IBW）之外，也可以采用濾波 IBW 方法。該方法使用了更加陡降的截止濾波器。雖然這種方法會降低功率測量結果的絕對精度，但是對 ACLR 結果沒有不利影響。

通過結合使用這些方法，信號分析儀可以利用其嵌入式 LTE 應用程序自動優化 ACLR 測量，實現性能與速度的較佳搭配。對于典型的 ACLR 測量，測量結果可能改善高達 10dB 或更多（圖 3）。如果測量需要較高的性能，那么可以進一步調整分析儀設置。

圖 3. 此處顯示的是使用優化設置后的 Agilent X 系列信號分析儀獲得的 ACLR 測量結果。與圖 2 使用嵌入式 N9080A LTE 測量應用軟件獲得的結果相比，圖 3 中的 ACLR 實現了 11dB 的改善。

總結

符合標準的頻譜測量（例如 ACLR）對于射頻工程師開發下一代無線系統具有極其重要的作用。然而使用 LTE 應用軟件進行測量時，受多種因素的影響，鄰近信道帶寬的變化、發射濾波器的選擇、不同帶寬和不同干擾靈敏度的信道之間的射頻變量的交互使得這些測量非常復雜。應對這一挑戰的實用解決方案是使用安裝有特定標準測量應用軟件的頻譜分析儀或信號分析儀。此組合能夠減少復雜測量中的錯誤，自動配置限制表和指定的測試裝置，確保測量具有出色的可重復性。使用分析儀優化技術可以進一步改善測量結果。

作者簡介

Jung-ik Suh 于 1997 年加入惠普/安捷倫，擔任基站、航空航天與國防、汽車和電子產品方面的技術支持工程師。他還分別擔任安捷倫和 Skyworks 的現場銷售工程師和營業客戶經理，為主要的無線客戶提供服務。2006 年，他加入安捷倫亞洲區營銷組織并擔任無線項目經理，組織各種無線營銷活動。自 2010 年起，Jung-ik 在安捷倫電子測量事業部營銷組織中從事全球營銷計劃。Jung-ik 持有韓國光云大學（首爾）的電子工程學士學位。

側欄：LTE 發射機設計的復雜問題

由于 LTE 性能目標設立得非常高，工程師們必須精心地進行設計折中，以便在無線發射機鏈路的各個關鍵部分實現較佳平衡。LTE 發射機設計的一個重要方面是較大限度減少無效發射，特別是可能在任何頻率上產生的雜散發射。雖然 LTE 類似于其它無線系統，但由于在頻段邊緣發射信號必須符合嚴格的功率泄露要求，因此還是遇到了挑戰，。LTE 支持較大 20 MHz 的信道帶寬，但許多頻段太窄，無法支持太多的信道，因此大部分 LTE 信道都處于頻段的邊緣。

控制發射機在頻段邊緣的性能需要設計濾波功能，以便在不影響信道內性能的情況下濾除帶外發射。諸如成本、功率效率、物理體積以及在發射機方框圖中的位置等指標也都是重要的考慮因素。較后，LTE 發射機必須滿足針對無效發射的所有指定限制，包括對泄露到鄰近信道的功率量（ACLR）的限制。