隨著移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展，無線基站密度大幅提升，電磁環(huán)境愈加復(fù)雜，而其中的無線干擾問題尤為突出，已經(jīng)成為影響移動(dòng)基站通信性能和客戶滿意度的重要因素。特別是隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，未來更多頻段的無線基站系統(tǒng)將被建設(shè)起來。由于射頻發(fā)射機(jī)的內(nèi)部元器件并非理想器件，存在或多或少的非線性，因此在發(fā)射載波信號的過程中，會產(chǎn)生諸多非規(guī)定頻率范圍內(nèi)的信號，即所謂的雜散發(fā)射，會對工作在其他頻段的基站產(chǎn)生干擾。如何準(zhǔn)確地測試雜散發(fā)射對于凈化通信環(huán)境，提升通信質(zhì)量具有重要的意義。
當(dāng)前TD-LTE基站的射頻測試已然具有完善的標(biāo)準(zhǔn)測試體系和指標(biāo)。雜散發(fā)射作為移動(dòng)基站射頻性能的重要測試項(xiàng)之一，一般情況下，其輻射指標(biāo)為-36 dBm。而當(dāng)LTE基站與其他GSM、WCDMA等基站共址時(shí)，其輻射指標(biāo)要求很高，為-96 dBm甚至更低。本文根據(jù)3GPP射頻一致性測試協(xié)議36.141（LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); base Station (BS) conformance testing）章節(jié)6.6.4，以TD-LTE Band40為例，提出一種由雙工濾波器和低噪放相結(jié)合的測試方法，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一種新型的共址雜散發(fā)射測試方案。
1雜散發(fā)射測試標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)3GPP射頻一致性測試協(xié)議36.141章節(jié)6.6.4（Transmitter Spurious Emissions），移動(dòng)基站雜散發(fā)射指標(biāo)適用頻段為9 kHz—12.75 GHz，除發(fā)射機(jī)本身工作頻段外各10 MHz，實(shí)際測試頻段為：9 kHz-Freqlow—10 MHz，F(xiàn)reqhigh+10 MHz—12.75 GHz。
雜散發(fā)射測試指標(biāo)如表1所示。常規(guī)雜散發(fā)射測試類型的指標(biāo)很低，類型A功率幅度上限為-13 dBm，類型B功率幅度上限為-36 dBm。這兩種類型由常規(guī)的測試方案和普通的頻譜分析儀就能完成測試測量。但是當(dāng)移動(dòng)基站與其他基站共存共址時(shí)，測試要求會變得非常嚴(yán)格，其最高電平要求為-98 dBm。雜散發(fā)射測試的主要目的是測量移動(dòng)基站本身發(fā)射的大功率載波信號在其他基站頻段上對相應(yīng)的共址基站的影響（如GSM900、DCS1800、PCS1900、GSM850、CDMA850、UTRA FDD、UTRA TDD或者其他E-UTRA基站）。如果考慮載波聚合的影響，測試要求將更加嚴(yán)格，最高電平為：-98 dBm-9 dB（載波聚合因子）=-107 dBm。
在這種情況下，對測試方案的選擇和頻率分析儀的性能都提出了很高的要求。
表1 雜散發(fā)射測試指標(biāo)
2 雜散發(fā)射測試方案
2.1 傳統(tǒng)雜散測試方案
以TD-LTE Band40移動(dòng)基站的發(fā)射機(jī)部分為例，其下行Tx射頻性能基本情況如下：
最大輸出功率：20 W=43 dBm；
載波頻率：2 300 MHz—2 400 MHz；
載波帶寬：20 MHz。
根據(jù)TD-LTE的輸出功率以及上一章節(jié)中提及的測試標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)測試類型A和B對頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍要求為：
常規(guī)類型A：43 dBm-（-13 dBm）=56 dBc；
常規(guī)類型B：43 dBm-（-36dBm）=79 dBc。
以上兩種類型由傳統(tǒng)測試方案和頻譜分析儀就能滿足測試要求，如圖1所示：
圖1 雜散發(fā)射傳統(tǒng)測試方案
而當(dāng)測試共址雜散發(fā)射時(shí)（最高電平指標(biāo)為-98 dBm），對頻譜儀提出了較高的動(dòng)態(tài)范圍要求。例如，最大輸出功率-雜散發(fā)射電平要求上限=43 dBm-（-98 dBm）=141 dBc。
再考慮9 dB的載波聚合因子，最終動(dòng)態(tài)范圍為150 dBc，加上測試余量，這就要求頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍要達(dá)到150 dBc以上才能滿足測試要求。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)雜散發(fā)射的低電平測試，要求頻譜儀的靈敏度即底噪水平應(yīng)優(yōu)于：-107 dBm/100 kHz=-157 dBm/Hz。
考慮到路徑損耗和測量余量，在實(shí)際測試中頻譜儀靈敏度應(yīng)大于-170 dBm/Hz。如果利用傳統(tǒng)測試方案，就目前的頻譜儀性能水平來說，很難實(shí)現(xiàn)對共址雜散發(fā)射的準(zhǔn)確測量。
2.2 新型雜散測試方案
（1）測試原理
鑒于上述情況，為了解決頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度不足的問題，本文提出了一種新型的測試方案。本方案采用如圖2所示的吸收法：即利用雙工器將濾波器的載波信號通過負(fù)載吸收，解決測試過程中頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍不足的問題。同時(shí)LNA提高了雜散發(fā)射電平，使其位于頻譜儀的底噪之上，解決測試過程中頻譜儀靈敏度不足的問題。
圖2 雜散發(fā)射新型測試方案
整個(gè)測試方案的關(guān)鍵器件是雙工器，采用CREOWAVE高性能雙工器，頻率范圍覆蓋2 GHz—4 GHz，其性能指標(biāo)如表2所示：
表2 CREOWAVE高性能雙工器性能指標(biāo)
在圖2所示方案中，TD-LTE基站發(fā)射的信號，用傳輸測試法將天線口連接射頻同軸線，然后通過CREOWAVE高性能雙工器，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。雙工器將輸出信號一分為二，對于B路帶通濾波器2（Pass band2）來說，所經(jīng)信號最后由負(fù)載吸收，不需要被測試。由于雙工器是共址雜散發(fā)射測試鏈路的一部分，低互調(diào)指標(biāo)（IM3：-150 dBc）也是需要考慮的因素。對于A路帶通濾波器1（Pass Band1）來說，載波信號Band 40（2 300 MHz—2 400 MHz）經(jīng)過-80 dBc抑制后經(jīng)Microcomp Nordic高性能LNA（0.1 GHz—6 GHz，28 dB增益）低噪放再由頻譜分析儀測試（路徑特性曲線如圖3所示），此時(shí)大功率電平為：43 dBm-4 dB-80 dB+28 dB=-13 dBm。
而頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍需求為：-13 dBm-（-98 dBm）=85 dBc，處于頻譜儀的測試動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍不足的問題得以解決。
圖3 A路路徑特性曲線
接下來需要考慮的是頻譜分析儀的靈敏度能否滿足共址雜散發(fā)射的測試要求。將推算雜散發(fā)射在鏈路（A路）上的信號電平。
本文中選用的頻譜儀是羅德與施瓦茨R&S FSW26，根據(jù)其性能指標(biāo)，底噪在頻率范圍（1 GHz—3 GHz）：DANL-154 dBm/Hz，typ.-159 dBm。
歸一化底噪轉(zhuǎn)化為-109 dBm/100 kHz，考慮雙工器4 dB插損和1 dB線損和低噪放增益為28 dB，則系統(tǒng)可以測到的底噪為-109 dBm/100 kHz+5 dB-28 dB=-132 dBm/100 kHz，具體如圖4所示。
雜散輻射測試在載波聚合情況下最高電平要求是-107 dBm/100 kHz，同時(shí)保證頻譜儀底噪比測試電平低20 dB的測試余量。-132 dBm大于測試要求：-127 dBm=-107 dBm-20 dB，所以測試方案滿足測試需求。
圖4 頻譜儀底噪
（2）測試步驟
1）將基站配置為TM1.1狀態(tài)，輸出功率為20 W=43 dBm；
2）R&S頻譜儀FSW重置，設(shè)置MEASàSPURIOUS EMISSIONàSWEEP LISTàEDIT SWEEP LIST；
3）設(shè)置RMS方式；
4）頻譜儀設(shè)置頻點(diǎn)，以E UTRA band39為例，頻段為1 880 MHz—1920 MHz，結(jié)果如圖5所示；
5）設(shè)置RBW=100 kHz，VBW=300 kHz；
6）設(shè)置Sweep Time，Detect Mode進(jìn)行測試。
其他測試雜散發(fā)射測試的基站類型只需重復(fù)上述步驟即可，最后的測試結(jié)果如表3所示：
圖5 雜散發(fā)射測試結(jié)果
表3 TD-LTE Band40共址雜散發(fā)射測試結(jié)果
（3）測試結(jié)果分析
根據(jù)移動(dòng)測試標(biāo)準(zhǔn)3GPP TS 36.104以Band40為例，基于傳統(tǒng)的共址雜散測試方案，探討了一種新型的共址雜散測試方案，采用了雙工器和低噪放相結(jié)合的方法。在此方案中，雙工器的主要作用是將載波信號和雜散發(fā)射區(qū)分開來，解決頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍不足的問題。低噪放的主要作用是提高雜散發(fā)射電平，解決了頻譜儀底噪過高的問題。通過解決以上兩個(gè)關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，從表3的測試結(jié)果可以看出，在測試帶寬100 kHz的條件下共址雜散發(fā)射的結(jié)果優(yōu)于-102 dBm，滿足測試要求。系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成了雜散發(fā)射的測試任務(wù)。
3 結(jié)束語
本文探討了一種新型的共址雜散測試方案，改進(jìn)了頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍有限和底噪過高的問題，最后的測試結(jié)果符合3GPP測試標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)通過集成與Labview相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)雜散發(fā)射的自動(dòng)化測量，在實(shí)際應(yīng)用中前景廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1] 甘本袚,吳萬春. 現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1974.
[2] He zhaner, Wang XiLiang, Han shihu, et al. The Synthesis and Design For New Classic Dual-Band Wave-Guide Band-Stop Filters[J]. Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 2008,22(1): 119-130.
[3] 劉二平. 關(guān)于無線電發(fā)射設(shè)備雜散發(fā)射的測試方法研究[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊, 2016(7).
[4] 3GPP TS 36 104. E-UTRA base Station (BS) radio transmission and reception[S]. 2016.
[5] 3GPP TS 36 141. LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); base Station (BS) conformance testing[S]. 2016.
[6] 黃有根,陳天華,朱建剛. 移動(dòng)通信基站的輻射雜散測試[J]. 上海計(jì)量測試, 2009,36(5): 18-20.
[7] 高榮,王海燕,石美憲,等. FDD LTE與TD-LTE基站鄰頻雜散輻射的研究[J]. 電信網(wǎng)技術(shù), 2011(8): 51-55.
[8] 高峻. TD-LTE基站雜散輻射測試方法的研究[J]. 現(xiàn)代科學(xué)儀器, 2013(2): 49-53.
[9] 王俊青. 移動(dòng)終端輻射雜散測試系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法[J]. 現(xiàn)代電信科技, 2013(6): 52-55.
[10] 鄔東屹. 關(guān)于3C測試中移動(dòng)通信產(chǎn)品的輻射雜散騷擾測試[J]. 電子質(zhì)量, 2002(8): 87-89.
作者簡介
何占兒：工程師，碩士畢業(yè)于成都電子科技大學(xué)，現(xiàn)任諾基亞通信系統(tǒng)技術(shù)（北京）有限公司BTS一致性測試測量工程師，主要從事移動(dòng)基站的RF性能、一致性等無線通信領(lǐng)域的研究工作。
王慧：工程師，碩士畢業(yè)于上海大學(xué)，現(xiàn)任諾基亞通信系統(tǒng)技術(shù)（北京）有限公司Filter和ALD測試工程師，主要從事基站的RF性能、天線設(shè)備、濾波器等無線通信領(lǐng)域的研究工作。
陳偉：工程師，計(jì)算機(jī)博士畢業(yè)于浙江大學(xué)，現(xiàn)任杭州烈酷科技有限公司副總經(jīng)理，主要從事數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索等技術(shù)的研究及應(yīng)用工作。（ 來源：《移動(dòng)通信》）
