手機無線通信測試技術 采用頻譜分析儀

本文將對手機無線通信中遇到的問題提出相應的解決方案。隨著國家發放3G牌照運營許可證，中國進入了3G時代。面對這新的機遇和挑戰，無論是通信運營商還是手機制造商都開始進行新一輪激烈的競爭。手機在進行通信時存在著頻段控制、通信質量檢測和信號大小控制等問題。被射頻工程師稱為“射頻萬用表”的頻譜分析儀在頻譜分析方面的絕對優勢可以幫助解決這些問題。

問題一：各個通信運營商要控制自己的通信頻段

國際電聯對通信的頻段進行了嚴格的定義，工業和科學通信、固定和移動業務、衛星通信等通信方式都必須在各自的頻段內進行，即使在同一個頻段內各種業務的通信也有嚴格的定義。如果通信的頻段帶寬超出自己分配的范圍，不僅會干擾其他通信且會影響自身的通信能量。所以需要對通信的帶寬和信號能量集中程度進行測試。

問題二：需要確保通信信號的質量

在手機無線通信的時候，通道中會有各種噪聲混在里面，而噪聲導致通信信號的質量變差，所以需要對通信通道的信噪比進行測量。

問題三：在手機無線通信系統中會存在著呼吸效應和遠近效應

在無線通信系統中，當一個小區內的干擾信號很強時，基站的實際有效覆蓋面積就會縮小；當一個小區的干擾信號很弱時，基站的實際有效覆蓋面積就會變大，這就是呼吸效應。簡而言之，呼吸效應表現為覆蓋半徑隨用戶數的增加而收縮。由于手機用戶在一個小區內是隨機分布的，而且是經常變化的，同一手機用戶可能有時處在小區的邊緣，有時靠近基站。如果手機的發射功率按照最大通信距離設計，則當手機靠近基站時，功率必定有過剩，而且形成有害的電磁輻射，這就是遠近效應。解決這個問題的方法是根據通信距離的不同，實時地調整手機的發射功率，即功率控制。這就需要對通信信號的大小進行實時監控。

頻譜分析儀可以很好地解決上述三個問題，下面以RIGOL公司推出的DSA1030A頻譜分析儀為例，詳細介紹如何進行測試。DSA1030A 頻譜分析儀頻率范圍為9kHz～3GHz，顯示平均噪聲電平DANL為-148dBm，相位噪聲典型值-88dBc/Hz @（偏移10kHz）, 全幅度精度小于1.0dB，可以幫助解決手機應用中遇到的問題。同時，DSA1030A頻譜分析儀還具有豐富的一鍵測量功能，可以應對各種復雜的需求。以下以測試一個TD-SCDMA信號為例，說明頻譜分析儀的作用。

對于問題一和問題二可以采用DSA1030A頻譜分析儀中的ACP鄰道功率測量和OBW占用帶寬測量來解決。領道功率測量可以測量主道功率、前一信道和后一信道的功率、以及主道與上下鄰道之間的信噪比測量，圖1中左下方為測量結果。用戶根據特定的需要靈活設置主道帶寬、鄰道帶寬以及主道和鄰道之間的間距的大小，圖1中右下方為測量設置值。通過利用領道功率測量的功能可以清楚地測出通道通信的能量大小以及通信的信噪比。從圖1可以得出主道能量為 -10.69dBm且基本上集中在1.6MHz的帶寬內，符合TD-SCDMA信號每個載波的帶寬為1.6MHz的要求。鄰道抑制為-51.32dB和 -51.66dB，可以滿足一般的需要。



圖1 利用ACP測量信號的能量和信噪比

OBW占用帶寬功能可以檢測自己關心部分的能量是否在特定的帶寬內。通過設置功率比為99%，測得該信號在帶寬1.396666MHz內包含了 99%的能量。

對于問題三可以利用DSA1030A頻譜分析儀中的Pass/Fail功能來解決。用戶根據實際的需求提前編輯好兩條標準跡線即測量的上限和下限，開啟該功能后會對測量結果進行統計通過率。在測量失敗的時候會自動停止測量，查看測量失敗的頻率和幅度。如圖3所示，利用Pass/Fail功能監控信號的大小。



圖2 利用OBW測量信號能量集中度



圖3 利用Pass/Fail功能監控信號大小

對于以上的測量，DSA1030A還提供了人性化的操作測量結果的保存和測量設置的載入。用戶可以把測量的設置保存到本地，等下次測量的時候直接載入即可。這樣可以減小操作時間，降低操作錯誤的幾率，提高測量效率。也可以把測量設置保存到U盤中載入到其他頻譜儀中，方便測量的移植，用戶可以在實驗室中提前把測量設置編輯好保存到U盤中然后直接移植到測量現場的儀器中，測量得出的結果也可以通過U盤把數據從儀器存入到電腦中，供以后分析處理或作為報告數據。



圖4 保存和載人Pass/Fail設置

頻譜分析儀可以方便快捷地對手機無線通信頻段進行管理和監控，監控通信時各個信道內的信號強度，檢測通信過程信號的信噪比，幫助解決手機無線通信的問題，為研發工程師提供精準、可靠的測量數據。