发射机测试：应对五大基本挑战
应用指南
发射机测试：应对 5 大基本挑战
任何无线系统的开发都是很艰巨的任务，会受到严格的限制，并且因为要做出许多权衡而变得更加复杂。要在市场上取得成功，必须不断地提升性能、降低成本和加快上市时间。不管是面向器件、子系统还是整个无线系统，您都会在 RF 测试中遇到非常棘手的难题。为此，本应用指南提供了针对性的解决方案，旨在帮您克服以下五大挑战：
- 确保符合复杂的标准
- 进行精确的射频功率测量
- 排除干扰问题
- 查找和修复电磁干扰故障
- 优化功耗
1. 确保符合复杂的标准和规定
移动数据和语音业务都在持续要求更大的通道容量，而无线局域网通常也是如此。在开发商们推出各种技术以便满足这些需求的同时，每种技术又给发射机测试带来了更多挑战。新技术包括复杂的调制类型、帧结构和多路复用机制。仅从多载波机制和多通道扩展来看，就会显著增加复杂度，比如 MIMO 和载波聚合。
由于这些复杂程度会等于或超过相应的标准及规定。在设置分析仪进行一致性测量时，这也同样成为了分析仪所面临的挑战。许多情况下，在分析某些类型的信号时，手动设置并不现实。尤其在解调测量和一致性测量时，更是如此。
2. 进行通用和专用标准的测量
尽管针对不同的无线标准会有许多专用的发射机测试仪，但是它们通常主要用于制造或试产阶段。对比而言，在开发和故障排除环节上，往往需要更宽范围的测量，而不只是验证产品的整体性能和一致性。其他测量还包括：调制信号的通用频谱分析，和在无线结构图中针对多个测试点的子系统信号测量。有些信号比如连续波（CW）尽管不必显示在最终的射频通道上，但还是需要对它们进行调制。
信号分析仪是支持这些测量的首选平台。它不但具有数字中频（IF）和矢量信号处理能力，还可支持必要的频谱测量，以及借助测量应用软件实现更多扩展。您可在购买时或购买之后，对软件进行更新。其中，某些针对特定无线标准的测量软件还可随着标准的变动进行升级。针对无线设计中的应用，只需一台信号分析仪即可方便、可靠、高效地执行专用标准和通用标准的信号分析任务。围绕主要的无线标准，信号分析仪可以配备几十种不同的测量应用。图 1、2、3 分别显示了一些示例。
大多数测量应用软件是在单通道信号分析仪平台上运行；但也有适用于多通道模块化信号分析仪的版本，用以支持对 MIMO 信号进行全面解调。在所有的分析仪上，这些软件都采用了一致的、且经是德科技依照相关标准进行了验证的测量算法。此外，当标准出现修订和扩展之后，这些应用软件将会得到同步更新。算法和应用界面都是共享的，因此用户很容易熟悉和上手，可以有效地减少培训和编程时间。即使是一般的测量任务也会有较大的复杂度，简单的设置和自动化计算可以让用户受益良多； 比如测量相位噪声、射频功率和噪声系数。
3. 对复杂信号进行全面、精确的射频功率测量
在开发和生产的各个阶段，精确的功率测量都是至关重要的；这样的测量往往要在时变信号上进行实施。出现问题的信号有可能是整个发射机的输出信号，也可能会是发射机或接收机中单独器件或子系统的输入或输出信号。在无线系统中，许多射频信号与噪声很相似，这就必须要在指定的频段或通道上测试功率电平。在这些情况下，为了得到精确、可复现的测量值，要求我们在一定频率范围内对测得功率求积分，然后求取积分结果在时间上或多个信号猝发上的平均值，或同时求取在时间和信号猝发上的平均值。功率计和信号分析仪均可用于无线测量，并且各有不同的优势。接下来，我们分别探讨一下。
选择合适的工具：功率计
功率计格较低并且比较精确，能够提供出色的频率范围和源匹配。有些功率计可以更换功率传感器，它们可提供极宽的频率覆盖范围，同时保持较好的阻抗匹配，这对提高测量精度非常有益。在发射机框图的不同测试点上，或者在单独模块上都可使用功率计，用以对增益器件、衰减器或频率转换器进行表征。有些功率计擅长测量峰值功率，从而有助于表征时变信号、动态器件、热现象或电源相关效应（图 4）。功率计的一个局限性主要体现在它的宽带特性上。宽带响应意味着它可能无法精确地测量大信号附近的低电平信号，并且它的基础幅度比较高，会影响精确测量。功率计作为宽带设备，无法通过窄带测量滤除宽带噪声、杂散信号和干扰等。
选择合适的工具：信号分析仪
对于高电平的独立信号而言，信号分析仪的功率精度要比功率计略逊一筹。然而在射频发射机测试方面，分析仪更具优势：无论表征整个发射机，还是表征具体的子系统。在测量无线系统的功率时，信号分析仪的主要优势在于频率和时间的可选性，不但单独可选，而且组合可选。由于频率可选，即可支持针对通道或频带的功率测量，比如 ACPR（图5）。这种可选性还能从测量结果中有效地减少宽带噪声功率（本底噪声），从而提高测量精度和动态范围，特别是针对小信号或接近本底噪声的信号。
使用测量应用软件处理复杂任务
针对特定的通道间隔和功率限值，非常有必要对相邻和替代通道的多种带宽进行对比测量。测量软件可以轻松处理以下挑战：
- 随着信号发射间隔的变化，信号功率和统计数据也在改变。因此，有必要测量发射机的信号猝发或特定部分的信号帧。OFDM 信号中的训练序列就是这样的例子，其中的功率和计时都有明确的规定。
- 平均类型和检波器需要兼容并且保持一致，否则会产生不
- 一致和不可预测的（即，不可复现的）测量结果。
- ACPR 测得的部分失真可能会在容限范围内，而在器件的不同阶段可能还会要求不同的限值。
4. 查找、测量和排除干扰，尤其针对杂散和瞬态信号
全面了解无线发射机的频谱输出情况（包括动态变化）是十分重要的。这当然包括许多瞬态信号的出现，由于占用了频谱并且具有脉冲特性，瞬态信号的占空比有时会非常低。通信和多路复用机制的异步特点又导致了干扰信号的占空比变动极大，这就非常另人头疼。所有这些都会使某些瞬态信号很难被识别和测量到。
如前文所述，在目前拥挤的频谱环境中这些问题非常重要。某些多信号组合、信号冲突或干扰的例子虽然相对少见，但是异常的信号源很容易被注意到。频谱分析仪和信号分析仪通常是检测和测量杂散及干扰信号的首选工具。近年来，许多频谱分析仪的架构已经从模拟演进到数字中频段，从标量演进到矢量信号处理。这些分析仪现在通常被称为信号分析仪，意味着具备更通用、更强大的分析功能。在很多情况下，此类信号分析仪常被用作具有基本频谱功能的基础型号；但它们也提供了可选的功能升级，从而成为测量杂散和其他干扰信号的强大工具。
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