多重通訊標準分析儀助陣　LTE基地台射頻測試更輕鬆

20年前開始引入的全球行動通訊系統(GSM)現已幾乎成為全球性的通訊標準技術，儘管如此，無線通訊技術始終處於不斷發展狀態。GSM最初是用於語音傳輸，而其延伸技術整體封包無線電服務(GPRS)與增強數據率演進(EDGE)則適於數據通訊業務。當全世界在迎接千禧年之際，全新的通用行動通訊系統(UMTS)技術已悄然成熟，之後更經歷了高速下鏈封包存取(HSDPA)、高速上鏈封包存取(HSUPA)、演進式高速封包存取(HSPA+)及HSPA+ Advanced的技術發展，各電信營運商亦積極參與新技術的引入，目前的長程演進計畫(LTE)熱潮便是最好的說明。

過去每一種通訊技術都是用於相對獨立的頻率範圍，但此一分配方式已開始逐漸改變。例如，在歐洲，GSM的頻率範圍是900MHz及1,800MHz，UMTS是2,100MHz，LTE是800MHz及2,600MHz。由於UMTS技術能更有效率傳輸數據，而數據通訊的業務量亦日益增加，加上GSM技術所使用的頻率的利用率非常高，許多國家早已放棄了傳統式的頻率範圍與通訊技術之間一一對應的關係，而於900MHz頻率範圍普遍使用UMTS技術。

在德國及波蘭等國家，皆已將過去專屬於GSM技術的1,800MHz頻段開放給LTE技術，在美洲，更是直接在850MHz及1,900MHz GSM頻段引入UMTS技術，那種按照通訊技術對頻率進行分配使用的傳統做法已不再可行，取而代之的將是二者的自由組合。

在UMTS技術引入的初期，大多數國家也已擁有相當規模的GSM通訊網，其中部分的GSM網路軟硬體設施亦用於UMTS技術；對於基地台而言，主要包括天線支架、供電系統及傳輸網路單元，所增加的網路軟硬設施主要是包括控制器的UMTS系統機櫃與覆蓋不同頻段的天線，兩種技術分別來自不同的供應商也是相當常見，因此，雖然兩種技術共用一套網路基礎設施，卻無法對兩種網路進行共同維護；對於網路營運公司而言，必須配備雙重的資源以實現正常的技術更新、容量擴充和網路管理，但這就意味著須付出更高的營運成本。

對於追求不斷降低營運成本的電信業者來說，特別是在著手引入LTE技術時，這一點將是投資瓶頸之一，可見市場需要一種與技術無關的網路硬體設施，它可以大幅簡化從GSM到UMTS再過渡到LTE的通訊技術進化過程，從而出現多重通訊標準基地台的市場需求。

降低營運商布建成本　多重通訊標準基地台興起

多重通訊標準基地台的誕生正是為了滿足市場對於一種通用於不同技術的網路硬體設施的需要，這種基地台能藉其中的同一組射頻器件，在一個頻段同時發射與接收不同通訊標準，如GSM與UMTS的訊號。多重通訊標準基地台能夠支持至少兩種不同的無線接入技術；電信營運商可藉此降低網路擴展的費用，並可輕鬆使用同一頻段提供不同的技術服務，例如900MHz的GSM與UMTS，抑或1,800MHz的GSM與LTE。此外，這種基地台還有占地小、省電、安裝及維護費用低等優點；當然，支持多重通訊標準的基地台也能工作於單一技術，這正是多重標準基地台與單一標準基地台的差異，藉助多重標準基地台，電信營運商能夠更加靈活對網路進行優化及擴展。

不同通訊標準的訊號具有不同的峰值均值功率比，射頻放大器的新技術發展，證明了射頻元件能夠針對不同通訊標準的要求保持其線性特性，再加上軟體無線電技術的發展，多重標準基地台的商用化將指日可待。

針對GSM/EDGE、寬頻分碼多工存取(WCDMA)/UMTS、分時-同步分碼多重存取(TD-SCDMA)以及LTE技術，第三代合作夥伴計畫(3GPP)在TS 37.104與TS 37.141中將多重通訊標準的基地台標準化，並分別規定了空中接口的必要條件及其相應的測試要求。與傳統基地台的測試相比，多重通訊標準基地台測試場景的數量與複雜程度有增無減，對於測試設備在測試時間及可調參數方面也提出了更高要求。

本文透過羅德史瓦茲(R&S)的頻譜分析儀FSW、FSQ及FSV量測射頻發射器的許多特性，包括寄生輻射、帶外雜散、鄰近頻道洩漏功率比等量測，都是在傳統的頻譜分析儀模式下進行；綜合的量測選項亦可對GSM、WCDMA、LTE FDD/TDD及TD-SCDMA等訊號進行解調分析，進而滿足TS 37.141規定的測試要求。

由於多重通訊標準基地台使用同一組射頻器件，在一個頻段同時發送不同通訊標準的訊號，以致無法避免各種訊號之間的相互干擾，識別並確認各種不同通訊標準訊號之間的相關性，是解決多重通訊標準基地台技術難點並進而優化其功能的前提。在掃描模式下，傳統的頻譜分析儀對整個頻譜按順序一段一段地進行分析，在某一中心頻率，檢波器即時地在某一特定時刻量測訊號的強度，然而，卻無法同時偵測在這一中心頻率以外的短暫干擾；為此，儀器商已研製了多重通訊標準訊號分析儀(MSRA)，可有效解決此一問題。

整合時域與頻域分析　MSRA輕鬆偵測訊號干擾源

多重通訊標準訊號分析儀是整合訊號與頻譜分析儀的全新設計，它在某一特定時間範圍及特定頻段內，將訊號準確擷取，進行存儲與分析。使用多重通訊標準分析儀的數據採樣能力極佳，並可在1秒內擷取160MHz頻寬的訊號，這種模式能輕鬆偵測不同通訊標準訊號之間的相互干擾。

承上所述，傳統的頻譜分析儀只能按順序對訊號進行分析，所以很難偵測訊號相互干擾的時間相關性，特別是針對無關聯性的脈衝式訊號，由於可能丟失某一完整的脈衝，傳統的頻譜分析儀在掃描模式下幾乎無法偵測這種訊號；相比之下，多重通訊標準分析儀能夠完整擷取某一特定時間及頻率範圍內的訊號，進而能可靠的分析其特性。

下面的例子將說明藉助多重通訊標準分析儀分析多重通訊標準訊號中的不完整性。如圖1所示，此為是一個典型的多重通訊標準訊號，其中有兩個GSM載波，各一個UMTS與LTE載波。圖中的標識表示訊號分析的範圍，圖中上方的標籤則指示具體分析的訊號。

圖1　典型多重通訊標準訊號

圖2則是3G FDD BTS標籤的分析顯示。本例所顯示的是Composite誤差向量振幅(EVM)及EVM vs Chip量測。顯而易見，在Slot 1存在過高的EVM值，而EVM值是衡量品質的一個指標，過高的EVM值將導致過高的誤碼率，進而降低數據傳輸速率；如果超過了某一特定EVM值的上限，數據通訊甚至可能被中斷。因此，EVM值是無線通訊技術的一個非常重要的衡量標準。透過進一步觀察EVM vs Chip量測可以發現，實際上是有異常的Chip 1878造成了Slot 1中過高的EVM值，在時域上對應於標識6.31ms。

圖2　典型的UMTS訊號量測

在GSM訊號量測標籤(圖3)中，藉由Magnitude Capture可清楚分析導致上述Chip 1878異常的原因；上述的6.31ms標識在圖3中剛好位於GSM訊號的上升沿。很明顯，正是這一GSM訊號的上升沿使得UMTS訊號的EVM值過高，本案例清楚闡明，多重通訊標準分析儀可輔助對干擾訊號進行偵測與分析。試想，若沒有多重通訊標準分析儀，上述的干擾偵測與分析將是多麼的複雜，或許要有第二台同步觸發的頻譜分析儀，甚至還要藉助龐雜的訊號分析軟體，而多重通訊標準分析儀卻能夠輕鬆便捷地輔助偵測與分析干擾。

圖3　典型的GSM訊號量測

綜上所述，基地台製造商正在精進系統小型化與整合度，電信營運商則可以利用多重通訊標準基地台在同一網路提供不同的技術服務，進而降低安裝、維護與管理等成本費用；不過，3GPP TS 37.141規定了更嚴格的測試規範，且系統優化更是要求對不同通訊標準訊號之間的時間相關性做詳盡的分析；針對此一新挑戰，儀器商已經為基地台製造商提供了新一代多重通訊標準訊號分析儀，從而簡化了射頻測試作業；藉助多重通訊標準分析儀的時域與頻域相互結合的圖形化顯示功能，原本繁雜的分析變得更輕鬆便捷，而電信營運商即可提供使用者高品質的聯網服務。

(本文作者為羅德史瓦茲寬頻及基礎儀表量測部經理)