數(shù)字微波傳輸室內(nèi)單元IDU測試解決方案

1 引言

微波通信技術(shù)問世已半個(gè)多世紀(jì)，它是在微波頻段通過地面視距進(jìn)行信息傳播的一種無線通信手段。最初的微波通信系統(tǒng)都是模擬制式的，與當(dāng)時(shí)的同軸電纜載波傳輸系統(tǒng)同為通信網(wǎng)長途傳輸干線的重要傳輸手段。20世紀(jì)70年代起研制出了中小容量（8Mbit/s，34Mbit/s）的數(shù)字微波通信系統(tǒng)，這是通信技術(shù)由模擬向數(shù)字發(fā)展的必然結(jié)果。20世紀(jì)80年代后期，隨著同步數(shù)字系列（SDH）在傳輸系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了N×155Mbit/s的SDH大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)?，F(xiàn)在，數(shù)字微波通信和光纖、衛(wèi)星一起被稱為現(xiàn)代通信傳輸?shù)娜笾еｋS著技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字微波技術(shù)在固定寬帶接入領(lǐng)域也越來越引起人們的重視。

羅德與施瓦茨公司是歐洲最大的電子測量儀器生產(chǎn)廠商，一直活躍在測試與測量、信息及通信技術(shù)領(lǐng)域中。作為全球領(lǐng)先的測試與測量設(shè)備廠商，R&S公司時(shí)刻關(guān)注著數(shù)字微波通信的發(fā)展，目前可提供IDU系統(tǒng)的從信號(hào)產(chǎn)生到信號(hào)分析的全套解決方案，即信號(hào)源、頻譜儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及功率計(jì)。信號(hào)源能夠產(chǎn)生配置靈活的任意矢量調(diào)制信號(hào)，頻譜儀可對(duì)任意矢量調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制域、頻域、時(shí)域測量分析，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可對(duì)IDU和ODU進(jìn)行端口駐波測試等，功率計(jì)可對(duì)IDU和ODU的輸出功率進(jìn)行測試。

2 數(shù)字微波室內(nèi)單元IDU測試儀器介紹

R&S提供了一系列的儀器以滿足不同的IDU測試需求，本文中提到的測試儀器，包括信號(hào)產(chǎn)生方案和信號(hào)分析方案（見表1和表2）。

3 數(shù)字微波傳輸室內(nèi)單元IDU測試解決方案

產(chǎn)品研發(fā)到生產(chǎn)的過程中，測試也可不同。在產(chǎn)品研發(fā)過程中，器件和模塊都需要進(jìn)行測試，主要側(cè)重產(chǎn)品的性能好壞及擴(kuò)展功能測試；在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，主要側(cè)重速度及穩(wěn)定性。相對(duì)于這些不同的測試階段，R&S均提供了相應(yīng)的測試解決方案。

（1）R&S提供了SMU200A＋FSQ/FSG+ZVB+NRP的研發(fā)測試解決方案

SMU200A可內(nèi)置兩路獨(dú)立的信號(hào)源，其中一路用于產(chǎn)生有用信號(hào)，另外一路則可以產(chǎn)生規(guī)范定義的各種干擾信號(hào)。SMU200A可產(chǎn)生規(guī)范要求的衰落模擬和AWGN，這樣一臺(tái)SMU200A就能滿足規(guī)范對(duì)信號(hào)源的要求。頻譜儀FSQ具備同類產(chǎn)品中最佳的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)雜散測試和ACLR測試是非常重要的。而FSQ的矢量信號(hào)分析模式則可對(duì)信號(hào)進(jìn)行IQ域的分析，便于研發(fā)階段定位和故障分析。SMU200A+FSQ是業(yè)界所能提供的最緊湊、最強(qiáng)勁的研發(fā)測試解決方案。

（2）R&S提供了SMBV100A+FSV/FSL+ZVL+NRP的IDU生產(chǎn)解決方案

生產(chǎn)解決方案是綜合考慮了系統(tǒng)測試項(xiàng)目、測試速度、可靠性、數(shù)據(jù)一致性和成本節(jié)約的解決方案，即SMBV100A+FSV/FSL+ZVL+NRP，適合室內(nèi)單元IDU，室外單元ODU及天線等一系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在內(nèi)的測試需求。幫助客戶迅速地建立滿足要求的生產(chǎn)線。

針對(duì)數(shù)字微波室內(nèi)單元IDU主要采用透明傳輸方式，R&S提供標(biāo)配功能的任意矢量調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)分析的K70選件，下面簡單介紹此功能。

●任意矢量調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生（見圖1）

圖1 Custom Digital Modulation Setting

在SMx內(nèi)部可產(chǎn)生任意矢量調(diào)制信號(hào)，目前可支持調(diào)制類型參見表3。

從這些配置來看，SMx所能支持的調(diào)制方式已高達(dá)1024QAM，基本可以滿足所有使用透明傳輸?shù)挠脩?；另外，SMx還可以支持I和Q數(shù)據(jù)偏移設(shè)置，進(jìn)行IQ損傷模擬。例如，可以設(shè)定IQ相位偏移和IQ正交偏移等，方便用戶進(jìn)行基帶研發(fā)。

●WinIQSIM軟件

WinIQSIM是R&S公司開發(fā)的運(yùn)行在PC機(jī)上的模擬軟件，它可以通過GPIB卡對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行靈活配置，支持GSM，IS-95，cDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WLAN802.11等各種數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)也支持任意矢量調(diào)制信號(hào)的配置。

WinIQSIM軟件中目前可以用戶自定義測試模式，修改任意配置，包括符號(hào)速率、編碼方式、濾波器選型及成型系數(shù)等。

●任意矢量調(diào)制信號(hào)的分析FS-K70

R&S 矢量分析儀FSQ/FSG/FSV/FSU等都具有任意矢量信號(hào)分析功能，以FSQ為例，F(xiàn)SQ具有標(biāo)準(zhǔn)28MHz 解調(diào)帶寬，經(jīng)擴(kuò)展后可寬達(dá)120MHz，IQ 采樣點(diǎn)存儲(chǔ)深度高達(dá)705M，分析過程采用數(shù)字信號(hào)處理器硬件直接完成。其FS-K70及擴(kuò)展解調(diào)帶寬功能原理框圖參見圖2。

圖2 FSQ-K70選件原理框圖

選件FSQ-K70 可以對(duì)各類數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析，如MSK，PSK，QAM等調(diào)制方式，獲得分析結(jié)果。例如，EVM，頻率誤差，相位誤差，IQ不理想性，眼圖等，具體參見圖3。測試結(jié)果參見圖4。

圖3 FS-K70測量顯示窗口

圖4 FS-K70測量結(jié)果顯示

4 系統(tǒng)性能測試

在實(shí)際環(huán)境中，數(shù)字微波傳輸收發(fā)信機(jī)受到無線傳播信道非常大的影響。在很長一段時(shí)間里，對(duì)于數(shù)字微波傳輸設(shè)備在實(shí)際環(huán)境中的性能測試大多是到現(xiàn)場進(jìn)行測試，這種做法的缺點(diǎn)就是成本太高，例如幾個(gè)相隔很遠(yuǎn)的站點(diǎn)現(xiàn)場測試，需要搭建設(shè)備、微波天線等設(shè)備設(shè)施及人員，耗時(shí)、耗力，而且測試過程中會(huì)存在較多的未知和不可控的誤差因素（見圖5）。

圖5 數(shù)字微波傳輸無線信道模型

R&S的雙通道信號(hào)源SMU200A由于可以模擬多徑衰落及高斯白噪聲的影響，因此可以解決數(shù)字微波IDU在實(shí)際環(huán)境應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)的因素，例如衰落、多普勒效應(yīng)、時(shí)延、損耗等。換句話說，需要采用無線信道模擬器來實(shí)現(xiàn)以上各類效應(yīng)來進(jìn)行測試，測試裝置及框圖參見圖6。

圖6 SMU200A和FSQ形成的方案

對(duì)于該測試，R&S 推薦的測試方案為采用SMU200A+FSQ 實(shí)現(xiàn)的射頻衰落模擬器：

●SMU200A ：矢量信號(hào)源 （SMU-B14 ：衰落模擬器；SMU-B17 ：基帶輸入）。

●FSQ ：信號(hào)分析儀 （FSQ-B17 ：數(shù)字基帶接口）。

在此方案中，R&S測試平臺(tái)不僅可以完成衰落模擬的試驗(yàn)，同時(shí)也可以進(jìn)行高斯白噪聲AWGN的模擬，簡化數(shù)字微波傳輸設(shè)備IDU的C/N和BER測試，具體參見圖7。

圖7 SMU200A進(jìn)行BER~C/N測試方框圖

5 數(shù)字基帶測試

在研發(fā)階段，為了保證各級(jí)電路的功能和性能符合設(shè)計(jì)要求，分級(jí)測試是必要的。數(shù)字電路是數(shù)字微波室內(nèi)單元信號(hào)處理的核心部分之一，數(shù)字微波傳輸設(shè)備的配置、編程、組網(wǎng)以及通信能力很大程度上取決于數(shù)字部分。因此，對(duì)數(shù)字電路部分進(jìn)行測試是必不可少的。

作為歐洲最大的無線電測試、測量儀器制造商，羅德與施瓦茨公司對(duì)各種不同通信標(biāo)準(zhǔn)基站的射頻測試都擁有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，羅德與施瓦茨公司全系列的高性能儀表在基站、終端研發(fā)和生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，R&S推出的EX-IQ-Box設(shè)備可以提供靈活的數(shù)字接口輸入和輸出功能，能方便連接到R&S的信號(hào)源和信號(hào)分析儀上，可進(jìn)行接收機(jī)測量、發(fā)射機(jī)測量、信號(hào)源仿真及射頻前端模擬等功能。

通常，對(duì)發(fā)射部分?jǐn)?shù)字電路測試時(shí)，會(huì)直接對(duì)電路輸出數(shù)字IQ 信號(hào)進(jìn)行測試，分析其調(diào)制質(zhì)量，如EVM；對(duì)接收部分?jǐn)?shù)字電路測試時(shí)，會(huì)直接對(duì)其輸入數(shù)字IQ信號(hào)進(jìn)行接收性能測試，也可以在源部分加入噪聲與衰落效應(yīng)，進(jìn)一步進(jìn)行測試（見圖8）。

圖8 數(shù)字基帶測試平臺(tái)

根據(jù)以上要求，R&S 推薦的測試方案為：

●SMU200A：矢量信號(hào)源。

●FSQ：矢量信號(hào)分析儀。

●EX-IQ-Box：數(shù)字IQ 信號(hào)格式轉(zhuǎn)換器。

矢量信號(hào)源SMU200A 和矢量信號(hào)分析儀FSQ 具備強(qiáng)大的信號(hào)產(chǎn)生和分析能力，是恰當(dāng)?shù)陌l(fā)射和分析性能測試工具。此外，對(duì)于數(shù)字電路部分的測試，SMU200A 和FSQ 均提供了數(shù)字IQ 的輸入／輸出接口，該接口為TRV290（R&S 內(nèi)部數(shù)字接口格式），為了與外部被測設(shè)備的數(shù)字接口匹配，R&S 提供了EX-IQ-Box，該轉(zhuǎn)換器可TVR290 接口格式轉(zhuǎn)換為通用的數(shù)字信號(hào)接口格式，反之亦然。