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由于蜂窩和無線技術(shù)的融合，通信市場(chǎng)正經(jīng)歷著巨大的增長(zhǎng)。這將導(dǎo)致對(duì)更先進(jìn)功率測(cè)量工具需求的增長(zhǎng)，這些功率測(cè)量工具所應(yīng)具備的功能遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的峰值功率和平均功率的測(cè)量。仍需指出，LTE和WiMAX測(cè)試系統(tǒng)具有如此高期望值是無庸置疑的。
在LTE和WiMAX測(cè)試系統(tǒng)中，信號(hào)統(tǒng)計(jì)內(nèi)容的有效捕獲有利于避免由于部件無法控制高波峰因數(shù)信號(hào)所引起的失真。由于對(duì)更高數(shù)據(jù)速率和更快信號(hào)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)，測(cè)量所面臨的挑戰(zhàn)包括更高帶寬、更快上升和下降時(shí)間的信號(hào)的捕捉，這兩項(xiàng)指標(biāo)是今天的功率測(cè)量工具應(yīng)具備的關(guān)鍵功能。本文介紹了通信系統(tǒng)的功率測(cè)量的簡(jiǎn)史，對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)進(jìn)行精確功率測(cè)量的重要考慮因素，以及功率計(jì)的最新進(jìn)展如何幫助我們高效完成功率測(cè)量任務(wù)。
蜂窩和無線技術(shù)在通信領(lǐng)域中的日漸融合使功率測(cè)量變得愈加復(fù)雜，尤其是對(duì)RF突發(fā)信號(hào)和復(fù)雜調(diào)制信號(hào)而言。過去，功率測(cè)量的要求非常簡(jiǎn)單。對(duì)第1代的模擬信號(hào)來說，僅需測(cè)量平均功率。隨著2G通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，時(shí)分多址信號(hào)單時(shí)隙的功率測(cè)量可通過測(cè)量周期信號(hào)的平均功率值除以信號(hào)的占空比來獲得。
CDMA系統(tǒng)源于2G/3G技術(shù)，而LTE和WiMAX則刺激了正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)的發(fā)展。越來越多的信道被合并成一個(gè)信道以獲得更高的峰均功率比或波峰因數(shù)，通信格式也因此變得更為復(fù)雜了。人們現(xiàn)在對(duì)功率測(cè)量工具寄予了更高的期望，而不只限于傳統(tǒng)的平均功率測(cè)量了。現(xiàn)代功率測(cè)量工具需要能夠根據(jù)實(shí)際的任務(wù)捕獲隨機(jī)峰值偏移、快變信號(hào)的細(xì)節(jié)、峰均功率比和其他的信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征。
視頻帶寬規(guī)格對(duì)峰值功率測(cè)量的影響
除了諸如失配、線性度和不確定度等規(guī)格外，視頻帶寬也是選擇功率測(cè)量工具時(shí)需重點(diǎn)考慮的。為了了解視頻帶寬規(guī)格對(duì)功率測(cè)量的影響，我們?cè)O(shè)想有一個(gè)由同幅度的、頻差為1MHz的兩個(gè)RF音調(diào)組成的信號(hào)，其功率包絡(luò)由1MHz的正弦波疊加在平均功率上；它的平均功率是每個(gè)音調(diào)的功率之和，而峰值功率是平均功率的兩倍，因此這個(gè)正弦波是從零到兩倍平均功率之間擺動(dòng)。由于信號(hào)的峰均比是3dB，當(dāng)使用二極管檢波器測(cè)量該信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與平均功率對(duì)應(yīng)的直流成分和一個(gè)與1MHz正弦波對(duì)應(yīng)的1MHz成分。
任何視頻帶寬的波動(dòng)會(huì)直接影響到峰值功率的測(cè)量，而對(duì)平均功率的測(cè)量無任何影響。如果功率計(jì)的視頻帶寬在1MHz處具有3dB帶寬，則正弦波音調(diào)將衰減到所期望信號(hào)幅度的一半。在這種情況下，盡管功率測(cè)量工具能相當(dāng)精確地測(cè)量出平均功率，但是在峰值功率的測(cè)量中卻存有1.24dB的誤差(圖1)。
圖1：峰值功率計(jì)的視頻帶寬不足會(huì)導(dǎo)致峰值功率測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確
上升和下降時(shí)間規(guī)格對(duì)捕獲快變脈沖信號(hào)的重要性
諸如EDGE、WiMAX和WLAN等RF突發(fā)型信號(hào)來說，上升和下降時(shí)間測(cè)量是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，功率測(cè)量工具的上升/下降時(shí)間規(guī)格至少應(yīng)為信號(hào)上升/下降時(shí)間的八分之一。
然而，僅僅只是測(cè)量平均功率的話，則功率測(cè)量工具的上升/下降時(shí)間只需與信號(hào)的上升/下降時(shí)間接近即可。這可以通過在信號(hào)達(dá)到其脈沖頂部時(shí)延遲工具的門控測(cè)量來獲得。
減少功率測(cè)量中的噪聲影響
功率測(cè)量工具的噪聲會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的精確性，尤其是在低功率水平時(shí)。在平均功率測(cè)量中，可以通過多次平均來減少噪聲變量。然而，由于信號(hào)的隨機(jī)峰值特性，并不能將此應(yīng)用到峰值功率的測(cè)量。
在這種情況下，功率測(cè)量工具的帶寬需略大于信號(hào)帶寬，從而限制進(jìn)入到數(shù)字信號(hào)處理電路中的噪聲，同時(shí)可最大化動(dòng)態(tài)范圍與減少不確定度。今天的功率測(cè)量工具一般可提供可調(diào)視頻帶寬以滿足不同的被測(cè)信號(hào)。例如，P系列功率計(jì)允許WiMAX或WLAN信號(hào)測(cè)量的帶寬調(diào)節(jié)到30MHz，也允許WCDMA信號(hào)測(cè)量將帶寬調(diào)節(jié)到5MHz。
功率計(jì)和傳感器的新進(jìn)展
數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展以及功率測(cè)量工具的處理功率和存儲(chǔ)容量的增加，使今天的功率計(jì)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(bǔ)累計(jì)失真函數(shù)(CCDF)等信號(hào)統(tǒng)計(jì)分析功能。
CCDF曲線表明無線信號(hào)在特定功率水平上占用的時(shí)間百分比。CCDF的曲線分析有助于研發(fā)工程師觀察不同調(diào)制格式的影響，并確保系統(tǒng)器件能經(jīng)受住高峰值功率測(cè)試信號(hào)�，F(xiàn)代功率計(jì)一般具備CCDF測(cè)量功能，其相對(duì)頻譜分析儀的該功能而言具有更快的速度和可重復(fù)的特點(diǎn)。
現(xiàn)代功率計(jì)的另一個(gè)新特征是能夠?qū)崿F(xiàn)“內(nèi)部調(diào)零和校準(zhǔn)”，在具有外部校準(zhǔn)源進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)就免除了執(zhí)行多次連接和斷開操作的需要。該新特征開創(chuàng)了基站發(fā)射器測(cè)量和天線輸出功率監(jiān)控的新途徑。應(yīng)用于后者的功率計(jì)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(zhǔn)期為止。功率計(jì)與LAN的連接還能使工程師坐在控制室就可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量。此外，也可以通過更多的緊湊型USB功率傳感器/測(cè)量計(jì)來啟動(dòng)功率測(cè)量，而無需使用功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量。由于使用USB供電，這些傳感器/測(cè)量計(jì)能提供簡(jiǎn)易的儀器安裝以及靈活并可攜的測(cè)量方式。
一些現(xiàn)代功率計(jì)都配帶有應(yīng)用軟件以增加功率計(jì)的信號(hào)監(jiān)控和分析能力。其他的能力包括針對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)記錄、在屏幕上查看多個(gè)信道、多種顯示格式以及先進(jìn)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)功能(圖2)。
圖2：帶有先進(jìn)應(yīng)用軟件的現(xiàn)代功率計(jì)進(jìn)一步提高了功率計(jì)的功能
隨著數(shù)字調(diào)制信號(hào)復(fù)雜性的快速增長(zhǎng)，也增加了對(duì)功率測(cè)量工具的需求和期望。對(duì)功率計(jì)和傳感器的合適選擇可確保功率測(cè)量的精確性和可重復(fù)性。不僅如此，現(xiàn)代功率計(jì)和傳感器所具備的新特征還有助于工程師更創(chuàng)新、更高效地解決當(dāng)今通信系統(tǒng)功率測(cè)量問題所帶來的挑戰(zhàn)。
