TD-LTE移動(dòng)基站雜散發(fā)射測(cè)試方案

【摘要】雜散發(fā)射是衡量移動(dòng)基站通信性能的重要指標(biāo)之一，是指不必要的發(fā)射機(jī)引起的發(fā)射，主要包含諧波發(fā)射、寄生發(fā)射、互調(diào)產(chǎn)物以及變頻產(chǎn)物，但帶外發(fā)射除外。從雜散發(fā)射的測(cè)試原理入手，提出一種雙工濾波器和低噪放相結(jié)合的測(cè)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(cè)試方案，該方案能夠有效避免頻譜儀靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍不足的局限性，同時(shí)提高了雜散發(fā)射測(cè)試的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)基站；雜散發(fā)射；測(cè)試

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.02.000 中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010(2018)02-0000-00

引用格式：何占兒,王慧,陳偉. TD-LTE移動(dòng)基站雜散發(fā)射測(cè)試方案[J]. 移動(dòng)通信, 2018,42(2): 00-00.

A New Measurement Method of TD-LTE BTS Transmitter Spurious Emission Testing

HE Zhaner1, WANG Hui1, CHEN Wei2

(1. Nokia Solutions and Networks System Technology (Beijing) Co., Ltd., Hangzhou 310052, China；

2. Hangzhou Leo Cool Technology Co., Ltd., Hangzhou 310030, China)

[Abstract] Spurious emission is one of the most important performance specification of mobile base station, which are caused by unwanted transmitter effects such as harmonics emission, parasitic emission, intermodulation products and frequency conversion products, but exclude out-of-band emissions. This paper presents the principle of spurious emission testing, the new measurement system with Diplexer DPF and LNA（Low Noise Amplifier）, and bases on this to realize a new type of measurement method of Co-location spurious emission testing. This method avoids the limitation of sensitivity and dynamic range of spurious analyzer，and increases the accuracy of spurious emission testing.

[Key words] BTS; spurious emission; testing

1 引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展，無(wú)線基站密度大幅提升，電磁環(huán)境愈加復(fù)雜，而其中的無(wú)線干擾問(wèn)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(lái)更多頻段的無(wú)線基站系統(tǒng)將被建設(shè)起來(lái)。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(hào)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生諸多非規(guī)定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，即所謂的雜散發(fā)射，會(huì)對(duì)工作在其他頻段的基站產(chǎn)生干擾。如何準(zhǔn)確地測(cè)試雜散發(fā)射對(duì)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(cè)試已然具有完善的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試方案。

2 雜散發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)3GPP射頻一致性測(cè)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(cè)試頻段為：9 kHz-Freqlow—10 MHz，F(xiàn)reqhigh+10 MHz—12.75 GHz。

雜散發(fā)射測(cè)試指標(biāo)如表1所示。常規(guī)雜散發(fā)射測(cè)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(cè)試方案和普通的頻譜分析儀就能完成測(cè)試測(cè)量。但是當(dāng)移動(dòng)基站與其他基站共存共址時(shí)，測(cè)試要求會(huì)變得非常嚴(yán)格，其最高電平要求為-98 dBm。雜散發(fā)射測(cè)試的主要目的是測(cè)量移動(dòng)基站本身發(fā)射的大功率載波信號(hào)在其他基站頻段上對(duì)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(cè)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(duì)測(cè)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(cè)試指標(biāo)

頻段范圍

最高電平指標(biāo)

測(cè)試帶寬

雜散類型

9 kHz—150 kHz

-13 dBm

1 kHz

常規(guī)類型A

150 kHz—30 MHz

-13 dBm

10 kHz

常規(guī)類型A

30 MHz—1 GHz

-13 dBm

100kHz

常規(guī)類型A

1 GHz—12.75 GHz

-13 dBm

1 MHz

常規(guī)類型A

9 kHz—150 kHz

-36 dBm

1 kHz

常規(guī)類型B

150 kHz—30 MHz

-36 dBm

10 kHz

常規(guī)類型B

30 MHz—1 GHz

-36 dBm

100 kHz

常規(guī)類型B

1 GHz—12.75 GHz

-30 dBm

1 MHz

常規(guī)類型B

共址基站頻段

-96 dBm

100 kHz

共址雜散

3 雜散發(fā)射測(cè)試方案

3.1 傳統(tǒng)雜散測(cè)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)測(cè)試類型A和B對(duì)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(cè)試方案和頻譜分析儀就能滿足測(cè)試要求，如圖1所示：

圖1 雜散發(fā)射傳統(tǒng)測(cè)試方案

而當(dāng)測(cè)試共址雜散發(fā)射時(shí)（最高電平指標(biāo)為-98 dBm），對(duì)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(cè)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(cè)試要求。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)雜散發(fā)射的低電平測(cè)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(cè)量余量，在實(shí)際測(cè)試中頻譜儀靈敏度應(yīng)大于-170 dBm/Hz。如果利用傳統(tǒng)測(cè)試方案，就目前的頻譜儀性能水平來(lái)說(shuō)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)共址雜散發(fā)射的準(zhǔn)確測(cè)量。

3.2 新型雜散測(cè)試方案

（1）測(cè)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(wèn)題，本文提出了一種新型的測(cè)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(hào)通過(guò)負(fù)載吸收，解決測(cè)試過(guò)程中頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍不足的問(wèn)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(cè)試過(guò)程中頻譜儀靈敏度不足的問(wèn)題。

圖2 雜散發(fā)射新型測(cè)試方案

整個(gè)測(cè)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)

通帶A

通帶B

@100 MHz—2 200 MHz &

2 200 MHz -4 000 MHz

@2 300 MHz—2 400 MHz

插損12 dB

插損15 dB

@2 300 MHz—2 400 MHz

@100 MHz—2 200 MHz &

2 200 MHz-4 000 MHz

抑制度>80 dBc

抑制度>60 dBc

平均承受功率：100 W峰值承受功率1 000 W

平均承受功率：100 W峰值承受功率1 000 W

連接：N

連接：N

3階交調(diào)：-150 dBc@2×43 dBm

3階交調(diào)：-150 dBc@2×43 dBm

在圖2所示方案中，TD-LTE基站發(fā)射的信號(hào)，用傳輸測(cè)試法將天線口連接射頻同軸線，然后通過(guò)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(hào)一分為二，對(duì)于B路帶通濾波器2（Pass band2）來(lái)說(shuō)，所經(jīng)信號(hào)最后由負(fù)載吸收，不需要被測(cè)試。由于雙工器是共址雜散發(fā)射測(cè)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(duì)于A路帶通濾波器1（Pass Band1）來(lái)說(shuō)，載波信號(hào)Band 40（2 300 MHz—2 400 MHz）經(jīng)過(guò)-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(cè)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(cè)試動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍不足的問(wèn)題得以解決。

圖3 A路路徑特性曲線

接下來(lái)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(cè)試要求。將推算雜散發(fā)射在鏈路（A路）上的信號(hào)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(cè)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(cè)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(cè)試電平低20 dB的測(cè)試余量。-132 dBm大于測(cè)試要求：-127 dBm=-107 dBm-20 dB，所以測(cè)試方案滿足測(cè)試需求。

圖4 頻譜儀底噪

（2）測(cè)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(cè)試。

其他測(cè)試雜散發(fā)射測(cè)試的基站類型只需重復(fù)上述步驟即可，最后的測(cè)試結(jié)果如表3所示：

圖5 雜散發(fā)射測(cè)試結(jié)果

表3 TD-LTE Band40共址雜散發(fā)射測(cè)試結(jié)果

共址基站類型

共址基站頻段范圍/MHz

雜散輻射電平/dBm

測(cè)試帶寬/kHz

測(cè)試結(jié)果/dBm

Macro GSM900

876—915

-98

100

-111.8

Macro DCS1800

1710—1785

-98

100

-106.6

Macro PCS1900

1850—1910

-98

100

-105.8

Macro GSM850

824—849

-98

100

-106.7

E-UTRA band1

1920—1980

-96

100

-110.9

E-UTRA band2

1850—1910

-96

100

-110.7

E-UTRA band3、4

1710—1785

-96

100

-108.8

E-UTRA band5、6、19

824—849

-96

100

-110.5

E-UTRA band7

2500—2570

-96

100

-109.1

E-UTRA band8

880—915

-96

100

-111.6

E-UTRA band9、10

1710—1785

-96

100

-112.9

E-UTRA band11

1428—1448

-96

100

-111.1

E-UTRA band9~20

699—862

-96

100

-111.9

E-UTRA band24

1626.5—1660.5

-96

100

-102.5

E-UTRA band21

1447.9—1462.9

-96

100

-113.8

E-UTRA band22

3410—3490

-96

100

-111.1

E-UTRA band23

2000—2020

-96

100

-109.4

E-UTRA band26~28

703—849

-96

100

-111.4

E-UTRA band30

2305—2315

-96

100

-110.6

E-UTRA band31

452.5—457.5

-96

100

-113.3

E-UTRA band33~37

1850—2025

-96

100

-110.4

E-UTRA band38

2570—2620

-96

100

-108.1

E-UTRA band39

1880—1920

-96

100

-114.2

E-UTRA band41

2496—2690

-96

100

-108.4

E-UTRA band42~43

3400—3800

-96

100

-109.3

E-UTRA band44

703—803

-96

100

-110.7

（3）測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)移動(dòng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)3GPP TS 36.104以Band40為例，基于傳統(tǒng)的共址雜散測(cè)試方案，探討了一種新型的共址雜散測(cè)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(hào)和雜散發(fā)射區(qū)分開(kāi)來(lái)，解決頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍不足的問(wèn)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(guò)高的問(wèn)題。通過(guò)解決以上兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，從表3的測(cè)試結(jié)果可以看出，在測(cè)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(cè)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(cè)試任務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了一種新型的共址雜散測(cè)試方案，改進(jìn)了頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍有限和底噪過(guò)高的問(wèn)題，最后的測(cè)試結(jié)果符合3GPP測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)通過(guò)集成與Labview相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)雜散發(fā)射的自動(dòng)化測(cè)量，在實(shí)際應(yīng)用中前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 甘本袚,吳萬(wàn)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(wú)線電發(fā)射設(shè)備雜散發(fā)射的測(cè)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(cè)試[J]. 上海計(jì)量測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試中移動(dòng)通信產(chǎn)品的輻射雜散騷擾測(cè)試[J]. 電子質(zhì)量, 2002(8): 87-89.★

作者簡(jiǎn)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(cè)試測(cè)量工程師，主要從事移動(dòng)基站的RF性能、一致性等無(wú)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(cè)試工程師，主要從事基站的RF性能、天線設(shè)備、濾波器等無(wú)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。

作者：何占兒 王慧 陳偉 來(lái)源：《移動(dòng)通信》2018年2月