在LTE和WiMAX測試系統中,信號統計內容的有效捕獲有利于避免由于部件無法控制高波峰因數信號所引起的失真。由于對更高數據速率和更快信號傳輸的需求日益增長,測量所面臨的挑戰包括更高帶寬、更快上升和下降時間的信號的捕捉,這兩項指標是今天的功率測量工具應具備的關鍵功能。本文介紹了通信系統的功率測量的簡史,對現代通信系統進行精確功率測量的重要考慮因素,以及功率計的最新進展如何幫助我們高效完成功率測量任務。

蜂窩和無線技術在通信領域中的日漸融合使功率測量變得愈加復雜,尤其是對RF突發信號和復雜調制信號而言。過去,功率測量的要求非常簡單。對第1代的模擬信號來說,僅需測量平均功率。隨著2G通信系統的出現,時分多址信號單時隙的功率測量可通過測量周期信號的平均功率值除以信號的占空比來獲得。

CDMA系統源于2G/3G技術,而LTE和WiMAX則刺激了正交頻分多址(OFDMA)系統的發展。越來越多的信道被合并成一個信道以獲得更高的峰均功率比或波峰因數,通信格式也因此變得更為復雜了。人們現在對功率測量工具寄予了更高的期望,而不只限于傳統的平均功率測量了。現代功率測量工具需要能夠根據實際的任務捕獲隨機峰值偏移、快變信號的細節、峰均功率比和其他的信號統計特征。

視頻帶寬規格對峰值功率測量的影響

除了諸如失配、線性度和不確定度等規格外,視頻帶寬也是選擇功率測量工具時需重點考慮的。為了了解視頻帶寬規格對功率測量的影響,我們設想有一個由同幅度的、頻差為1MHz的兩個RF音調組成的信號,其功率包絡由1MHz的正弦波疊加在平均功率上；它的平均功率是每個音調的功率之和,而峰值功率是平均功率的兩倍,因此這個正弦波是從零到兩倍平均功率之間擺動。由于信號的峰均比是3dB,當使用二極管檢波器測量該信號時,會產生一個與平均功率對應的直流成分和一個與1MHz正弦波對應的1MHz成分。

任何視頻帶寬的波動會直接影響到峰值功率的測量,而對平均功率的測量無任何影響。如果功率計的視頻帶寬在1MHz處具有3dB帶寬,則正弦波音調將衰減到所期望信號幅度的一半。在這種情況下,盡管功率測量工具能相當精確地測量出平均功率,但是在峰值功率的測量中卻存有的誤差(圖1)。

圖1:峰值功率計的視頻帶寬不足會導致峰值功率測量結果不準確。

上升和下降時間規格對捕獲快變脈沖信號的重要性

諸如EDGE、WiMAX和WLAN等RF突發型信號來說,上升和下降時間測量是至關重要的。為了實現精確測量,功率測量工具的上升/下降時間規格至少應為信號上升/下降時間的八分之一。

然而,僅僅只是測量平均功率的話,則功率測量工具的上升/下降時間只需與信號的上升/下降時間接近即可。這可以通過在信號達到其脈沖頂部時延遲工具的門控測量來獲得。

減少功率測量中的噪聲影響

功率測量工具的噪聲會影響測量結果的精確性,尤其是在低功率水平時。在平均功率測量中,可以通過多次平均來減少噪聲變量。然而,由于信號的隨機峰值特性,并不能將此應用到峰值功率的測量。

在這種情況下,功率測量工具的帶寬需略大于信號帶寬,從而限制進入到數字信號處理電路中的噪聲,同時可最大化動態范圍與減少不確定度。今天的功率測量工具一般可提供可調視頻帶寬以滿足不同的被測信號。例如,P系列功率計允許WiMAX或WLAN信號測量的帶寬調節到30MHz,也允許WCDMA信號測量將帶寬調節到5MHz。

功率計和傳感器的新進展

數字化技術的飛速發展以及功率測量工具的處理功率和存儲容量的增加,使今天的功率計和傳感器增添了許多新的功能。過去,只有昂貴的頻譜分析儀擁有諸如互補累計失真函數(CCDF)等信號統計分析功能。

CCDF曲線表明無線信號在特定功率水平上占用的時間百分比。CCDF的曲線分析有助于研發工程師觀察不同調制格式的影響,并確保系統器件能經受住高峰值功率測試信號。現代功率計一般具備CCDF測量功能,其相對頻譜分析儀的該功能而言具有更快的速度和可重復的特點。

現代功率計的另一個新特征是能夠實現“內部調零和校準”,在具有外部校準源進行校準時就免除了執行多次連接和斷開操作的需要。該新特征開創了基站發射器測量和天線輸出功率監控的新途徑。應用于后者的功率計和傳感器可置于天線架的頂部,并可與天線終年接觸直至每年的校準期為止。功率計與LAN的連接還能使工程師坐在控制室就可以方便地進行遠程測量。此外,也可以通過更多的緊湊型USB功率傳感器/測量計來啟動功率測量,而無需使用功率計進行測量。由于使用USB供電,這些傳感器/測量計能提供簡易的儀器安裝以及靈活并可攜的測量方式。

一些現代功率計都配帶有應用軟件以增加功率計的信號監控和分析能力。其他的能力包括針對歷史數據分析的數據記錄、在屏幕上查看多個信道、多種顯示格式以及先進數學與統計功能(圖2)。

圖2:帶有先進應用軟件的現代功率計進一步提高了功率計的功能。

隨著數字調制信號復雜性的快速增長,也增加了對功率測量工具的需求和期望。對功率計和傳感器的合適選擇可確保功率測量的精確性和可重復性。不僅如此,現代功率計和傳感器所具備的新特征還有助于工程師更創新、更高效地解決當今通信系統功率測量問題所帶來的挑戰。

作者:Sook Hua Wong

產品規劃工程師

安捷倫科技公司

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