集通訊技術大成　TD-SCDMA量測挑戰多

一般而言，一個通訊產品從設計定義到產品定型可以分為四個階段，分別是系統設計和模擬、元件/電路/部件設計和驗證、系統整合和整合測試，以及預認證和一致性測試階段。  

而根據不同階段的不同特點，也就需要不同的測試解決方案。由於TD-SCDMA集中了分時雙工(TDD)、分頻多工接取(FDMA)、分碼多工接取(CDMA)系統、分時多工接取(TDMA)、智慧天線與聯合檢測等諸多特點，使其在各個階段的測試上都有一些特殊的要求的挑戰。而各測試方案在產品研發中各個階段的應用也皆有所不同。  

ADS連結量測儀表 有效節省開發時間  

TD-SCDMA的系統設計涉及演算法開發、數位訊號處理器(DSP)設計、數位電路設計、射頻晶片(RFIC)設計等各個方面。  

一般來說，系統設計必須通過全面的模擬進行驗證，才能正式運作。而模擬又可分為電腦模擬和半實物模擬。電腦模擬是系統設計階段不可缺少的一項工作，通過電腦模擬，系統設計初期即可驗證設計的正確性和可實現性。至於半實物模擬，則是把系統設計與關鍵零組件或元件結合起來，使系統設計能夠在硬體和軟體發展過程中不斷得到優化。

進階設計系統(Advanced Design System, ADS)是專門針對電子系統和電路設計的EDA模擬工具，可以提供完整的系統及電路的電腦和半實物模擬功能。ADS包含各種系統的設計庫，如其中的TD-SCDMA設計庫就是專門根據3GPP LCR-TDD標準的物理層所開發的模擬設計庫。  

除了包括符合規範的完整行為級模組之外，TD-SCDMA設計庫還包括預設的系統模擬和應用範例。這些範例均選擇於TD-SCDMA系統的一些典型應用，用戶可以直接利用這些預設的系統或範例進行設計，也可以參考或修改以構造自己的系統，把系統設計和硬體原型結合在一起進行模擬。  

對有志開發的人員來說，ADS可以完成各種設計和模擬工作，包括系統級設計，DSP設計、RFIC設計、微波電路設計和RF電路板設計等。此外，目前市面上的ADS，其特有功能之一是可以輕易地與現存的測試儀表相連，以實現虛擬原型並進行半實物模擬。據信，ADS與頻譜分析儀和向量訊號分析軟體的互連，可以大大縮短電路模擬和設計的週期，並且節省研發的成本。  

ADS與儀器的連接方案及其應用如圖1。圖1左上角為在ADS環境中設計的一個系統，產生TD-SCDMA訊號源。可以從圖看出，該設計是利用一些模組構建而成的，這些模組是ADS的通用模組或TD-SCDMA設計庫中的模組，可方便的改變其參數以得到不同的應用。

圖1　ADS與儀器的連接方案

在ADS中類比的TD-SCDMA訊號源，其產生的I/Q訊號可以通過LAN或GPIB介面直接下載到ESG向量訊號產生器中，ESG將輸出實際的射頻TD-SCDMA訊號，送給被測器件DUT，而DUT可為功率放大器，濾波器或TD-SCDMA接收器。  

至於PSA頻譜分析儀接收通過DUT的訊號，進行分析或送給向量訊號分析軟體分析訊號的頻域、碼域、時域和調變域的性能。而向量訊號分析軟體亦可直接與ADS連接，直接接收ADS的訊號進行分析，通過向量訊號分析軟體對設計中的系統和電路進行分析。ADS也能接收向量訊號分析軟體通過PSA截取的的實際訊號，來模擬分析非理想的實際訊號對接收器性能的影響，幫助改進接收器性能。  

零組件/電路/元件設計驗證嚴苛 量測儀表助益大  

在經過系統設計和模擬驗證之後，研發將進入零組器件選擇以及電路和部件的設計和驗證階段。即使系統設計完全正確，如果要保證最終的產品通過嚴格的一致性測試，首先必須保證基頻和射頻的器件電路符合更嚴格的要求。  

在此階段的測試，既有向量網路分析儀、頻譜分析儀所提供的傳統線性和S參數、壓縮點或三階交調等非線性分析，又有數位訊號源和向量訊號分析儀所提供的時域、頻域、碼域和調變域的互補累積分布函數(CCDF)、相鄰通道功率(ACP)和誤差向量幅度(EVM)等分析。  

系統整合/整合測試為關鍵  

系統整合和整合測試是研發過程中的核心階段，在這一階段中要對發射機和接收器的軟硬體進行整合測試，並對整機進行總體驗證。而需要的測試儀器包括數位訊號發生器、向量訊號分析儀和PSA系列高性能頻譜分析儀等。ADS軟體也可用於這一階段的半實物模擬。  

不同於其他FDD 3G系統，TD-SCDMA測試標準定義了嚴格的功率與時間關係，也稱為PvT。PvT測試保證TD-SCDMA的射頻突發訊號落在特定的時間規範內，是TD-SCDMA系統的一個重要指標。由於TD-SCDMA也是一個TDMA系統，PvT時間範本的定義是為了避免一個或多個時隙的突發訊號對其他時隙的用戶造成干擾。也因此，TD-SCDMA終端和基地台的發射訊號都必須滿足相應的要求。  

PSA的PvT測量支持TD-SCDMA的業務時隙、上行導頻時隙(UpPTS)和下行導頻時隙(DwPTS) 等三類時隙。PSA使用了特殊的掃頻方式實現了112dB的開關訊號測量動態範圍，甚至可以支援TD-SCDMA基地台在最大30dBm的發射功率下的PvT測試(圖2)。圖中實際被測訊號功率與時間的曲線為A線，B線則為標準所要求的時間範本。若A線落在B線中，則測試通過，否則可根據兩者的關係調整設計。

圖2　用PSA進行TD-SCDMA PvT測試

另外PSA還能根據3GPP測試標準中的規定測量發射機的鄰近通道洩漏比(ACLR)，雜散發射(Spurious)和發射頻譜等指標。  

另外，若是功能強大的測量分析軟體，就可以提供時域、頻域、碼域和調變域的測量，並提供許多輔助資訊幫助調整，如對EVM的測量等。除了EVM結果外，同時還可以提供豐富的分析功能，幫助分析TD-SCDMA的數位調變訊號，精確地指出導致訊號EVM惡化的原因。如圖3所示，在分析結果中，除EVM和Rho值外，還包括幅度誤差、相位誤差、頻率誤差、I/Q偏移等資訊。圖4給出了利用測量分析軟體提供的資訊進行除錯分析的流程。這些測量資訊對系統調整和故障定位非常有幫助。

圖3　分析結果資訊

圖4　除錯分析流程

目前已有量測廠商針對TD-SCDMA接收器的測量提供了完整的解決方案。接收器的測量包括靈敏度、最大輸入訊號、鄰道選擇性、雜散回應特性、交調特性，以及在雜訊、衰落等各種接收條件下的性能。這些測量最終是對在不同條件下的誤碼率或誤幀率(FER)的測量。常用的測試系統如圖5。

圖5　接收機測量

TD-SCDMA Signal Studio能靈活配置成各種所需的TD-SCDMA訊號源，通過ESG向量訊號產生器輸出射頻訊號。同時TD-SCDMA Signal Studio已預先配置標準所定義的各種參考測量通道(RMC)便於使用。另外，通過一些選項和模組，可以得到加上高斯白雜訊(AWGN)的一定訊雜比的訊號，也可以模擬通過衰落通道後的訊號，用於對在各種通道條件下接收器性能的測試。  

在某些測量中，除了用一個數位訊號源產生所需的TD-SCDMA訊號外，有時還須要採用其他數位訊號源產生指定的調變訊號來類比干擾源。例如測量接收器的交調特性時，須要採用兩個數位訊號源產生TD-SCDMA調變訊號，另一個射頻訊號源產生連續波訊號作為干擾訊號。  

當產品的主要軟硬體整合完成最終形成樣機後，就進入預認證和一致性測試階段。測試主要依據34.122和25.142終端和基地台的測試標準，標準中對各種測試都定義了相應的測試條件和通道結構，將相關量測儀器整合可實現規範中的所有測試例，並可借助測試軟體完成自動化測試。  

(本文作者任職於安捷倫)