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測試無線系統(tǒng)(包括用戶設(shè)備和基站)在衰落情形下是否能夠成功地收發(fā)數(shù)據(jù)，是測試過程的重要組成部分。在通信理論中，一般把衰落分為快衰落、慢衰落、時(shí)間選擇性衰落以及頻率選擇性衰落等類型；然而，在實(shí)際的傳播環(huán)境中，往往是這些類型的排列組合。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，著重根據(jù)3GPP規(guī)范中規(guī)定的不同測試環(huán)境，討論WCDMA中的衰落測試。
在實(shí)際的無線通信環(huán)境中，由基站(Node B)發(fā)出的下行信號不是經(jīng)過一條固定路徑，而是通過多條受周圍環(huán)境及用戶設(shè)備(UE)移動(dòng)速度等諸多因素影響的路徑到達(dá)UE。這些因素使得到達(dá)UE端的信號為多個(gè)不同時(shí)延、不同幅度及相位的原始基站發(fā)送信號的疊加，從而導(dǎo)致信號互相干擾。在此過程中，主要通過以下兩種數(shù)學(xué)模型(如圖1所示)，仿真其對3GPP信號的影響：
1. 多普勒效應(yīng)(Pure Doppler)：仿真在直接傳輸路徑上的，由于UE相對發(fā)射基站的移動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化。沿信號傳播方向的移動(dòng)導(dǎo)致檢測到的頻率低于發(fā)射頻率，反方向的移動(dòng)則導(dǎo)致其檢測到的頻率高于發(fā)射頻率。
2. 瑞利分布(Rayleigh Fading)：仿真由于大型障礙物(建筑物等)的反射導(dǎo)致的頻率跳變，主要是仿真UE與基站之間無很強(qiáng)的直接視距路徑的情形。(如在城市中，受高樓等障礙物的影響，基站與手機(jī)沒有直接視距路徑)。
此外，由于在3GPP的規(guī)范中采取的是快速調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，因此，時(shí)延的變化(無論是突變還是緩慢變化)均是影響其信號質(zhì)量的重要因素。所以，為了全面的考察接收機(jī)的性能，在3GPP的規(guī)范中又加入了以下兩種傳輸條件，用以測試UE在該測試條件下的接收性能：
1. 移動(dòng)傳播條件(Moving Propagation)：用以測試Rake接收機(jī)調(diào)整其在無線信道上延遲的能力。
2. 生滅傳播條件(Birth Death Propagation)：仿真信號突然消失以及突然出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)傳播環(huán)境，如用戶突然走進(jìn)建筑物的角落或者從該角落出來時(shí)的情景；用以測試Rake接收機(jī)對信號突然消失以及突然出現(xiàn)的抵抗能力。
對于WCDMA的用戶設(shè)備端，由于它只解調(diào)來自服務(wù)基站的信號，因此來自其他基站的相同頻率但具有不同主擾碼的信號，對于用戶設(shè)備端則呈現(xiàn)為類噪聲信號。因此其信號質(zhì)量就會(huì)受到其自身信號與其周圍的噪聲信號功率之比(信噪比)的影響；在測試中，通過加入一些加性高斯白噪聲(AWGN)信號來仿真其對信號的影響。也就是說，在實(shí)際的測試中，衰落和加性高斯白噪聲同時(shí)干擾有用信號。圖2即為加入衰落和AWGN后的WCDMA信號的頻譜：
在3GPP的UE測試規(guī)范(TS 34.121)中規(guī)定了許多測試示例及測試環(huán)境，其中衰落或傳播條件分為以下幾種情況：
1. 靜態(tài)傳播 － UE在一個(gè)固定位置，其接收到的信號只受到周圍噪聲(AWGN)的影響。
2. 多徑衰落傳播(Fine Delay) － 仿真UE以一個(gè)固定的速度移動(dòng)。3GPP TS 34.121規(guī)定了6種不同的典型環(huán)境，如步行(3km/h)，車上(50km/h)以及火車上(250km/h)等。除此之外，信號還受到AWGN的影響。
3. 移動(dòng)傳播 (Moving Delay)－ 仿真UE在平坦的郊區(qū)(環(huán)境的巨大改變除外，如進(jìn)入森林)行駛的車中的情景，此時(shí)參考路徑是不變的，而另外一個(gè)路徑則相對于參考路徑緩慢變化。除此之外，信號還受到AWGN的影響。
4.生滅傳播 － 仿真當(dāng)直接路徑突然消失，只剩下一個(gè)反射路徑的情形。這種情況可能發(fā)生在UE突然轉(zhuǎn)入角落并進(jìn)入基站的視距外時(shí)。除此之外，信號還受到AWGN的影響。
3GPP中的衰落測試方法
在3GPP的測試規(guī)范(TS 34.121)中規(guī)定了衰落測試的連接方法(如圖3)，即由測試設(shè)備發(fā)出的下行信號首先經(jīng)過衰落模擬器，再在經(jīng)過衰落的信號中加入AWGN噪聲。此時(shí)到達(dá)UE端的信號即為經(jīng)過衰落并且受AWGN干擾的信號，用它來測試UE在衰落情況下的接收性能。
傳統(tǒng)的信道仿真方法從RF信號開始，到RF信號結(jié)束(如圖4)。
對于這種方式，首先需要對RF信號下變頻，數(shù)字化，然后進(jìn)行衰落仿真，之后再把該處理后的信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后上變頻到RF信號輸出。對于通信中的測試，還需在其之后加入噪聲。(注：AWGN獨(dú)立于多徑效應(yīng)，因此必須單獨(dú)增加。)
采用這種方式，當(dāng)仿真信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成仿真信號時(shí)，測試設(shè)備(而不是信道或被測設(shè)備)會(huì)引入轉(zhuǎn)換誤差，增加了測量不確定性。此外還需引入額外的晶振源，增加了成本。
而現(xiàn)在的衰落仿真則通常直接在基帶中實(shí)現(xiàn)。在此，我們選擇R&S公司(羅德與施瓦茨公司)的無線綜合測試儀CMU200用于產(chǎn)生WCDMA的下行信號；使用矢量信號發(fā)生器SMU200進(jìn)行衰落以及AWGN仿真。首先由CMU200產(chǎn)生下行信號，直接在基帶引出其I/Q信號，經(jīng)SMU200進(jìn)行衰落仿真后，再把相應(yīng)的信號引回到CMU200，然后經(jīng)其射頻端口輸出，如圖5所示。
由于SMU200已經(jīng)根據(jù)移動(dòng)無線電主要標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范(包括3GPP的各種測試場景，如靜態(tài)傳播、生滅傳播等)，集成多種衰落模型，大大簡化了測試復(fù)雜度，我們直接選擇相應(yīng)的測試場景即可。(當(dāng)然也可以根據(jù)需要，自己設(shè)置各個(gè)衰落參數(shù)。)如果再配合使用CMUGo(此軟件可以從羅德與施瓦茨公司的網(wǎng)站上免費(fèi)下載：http://www.rohde-schwarz.com/www/download_files.nsf/file/CMUgo_1_70.zip)，則無需直接操作儀器，只要在CMUGo中設(shè)置幾個(gè)簡單測量參數(shù)，儀器就可以自動(dòng)進(jìn)行復(fù)雜的衰落測量了。
本文小結(jié)
隨著3G牌照在國內(nèi)的發(fā)放時(shí)間進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，根據(jù)3GPP測試規(guī)范對3G設(shè)備進(jìn)行測試，無疑引起越來越多相關(guān)人員的注意。羅德與施瓦茨公司根據(jù)其多年的測試經(jīng)驗(yàn)，推出的測試解決方案，大大簡化了測試復(fù)雜度，保證了測試的精度和速度，推動(dòng)了3G在中國的迅速發(fā)展。
