TD-LTE射频一致性测试系统数字中频单元设计

4)关断功率测试(PVT);(5)发射/关断时间模板(ECTM);(6)频率误差(FE);(7)误差矢量幅度(EVM);(8)邻道泄漏抑制比(ACLR);(9)占用带宽(OBW);(10)频谱发射模板(SEM)。

以上测试内容中，第1、2、3、4测试项由FPGA独立完成;第5、6、7、8、9、10测试项FPGA作为预处理器，再由DSP处理后续复杂算法。

本设计测试例功能方案分时域、频域处理两部分，时域、频域处理流程如图10、11所示。

插值、成型滤波与符号同步子模块设计

该模块插值选用CIC插值器，差值倍数为8倍。成型滤波选取“平方根升余弦”FIR，符号同步采用“平均功率最大值”算法。平方根升余弦滚降因子选0.22，FIR阶数为96阶，频响曲线如图12所示。

FPGA中符号同步算法流程图如图13所示。

RMS子模块设计

闭环功率控制测试、最大/小功率测试、关断功率(PVT)测试和开环功率测试等模块的检波方式为“方均根”检波(Root Mean Square)，RMS定义如下：

xi表示某一时刻数据，N表示任一个连续取值的个数。由公式(15)可知，离散/数字信号的方均根(RMS)定义本身包含着“积分”概念，积分后的信号曲线有“平滑”的效果。该子模块FPGA设计如图14所示。

在FPGA中方均根检波后，功率信号为I2+Q2，以此信号为基准，设计逻辑电路捕获脉冲信号并保存至双口RAM中，上位机主控软件从RAM中获取数据进行对数(logarithm)处理并显示。

FFT子模块设计

利用Xilinx IP核设计FFT模块，根据内部同步信号，准确定位到待测“时隙”，对其进行实时傅里叶变换供后续DSP芯片处理。该子模块设计如图15所示。 TI公司的DSP6487芯片根据FPGA输出的FFT频谱，计算出“占用带宽(Occupied Bandwidth)”、“邻道泄漏抑制比(Adjacent Channel Leak Ratio)”、“频谱发射模板(Spectrum Emission Mask)”等指标。

测试结果

测试环境：待测件(AV5251宽带多通道数字中频单元)，对比测试仪器AV4947(TD-LTE无线终端综合测试仪)。矢量信号源R&S SMU200A，矢量信号分析仪Anritsu MS2692A等。

测试平台：SMU200A为激励源分别接到AV5251和AV4947的输入端;MS2692A为监测仪分别连接到前者的输出端。其中，图16为待测件(宽带数字中频单元)，图17为测试系统，对比测试结果如表3所示。

数字中频单元作为数字信号的处理前端通道，对TD-LTE/TD-SCDMA信号应有良好的兼容性。测试结果如表4所示，测试结果截图如图18所示。

结论

电路设计基于奈奎斯特带通采样原理，运用高速数字信号处理技术，采用高解析度、高采样率A/D、D/A和高性能FPGA、DSP芯片，设计一款针对“射频一致性测试”用途的数字中频处理单元，将接收信号处理动态范围提高到96dB，发射/接收通道EVM指标降低到0.48%，满足TD-LTE/TD-SCDMA测试标准要求，为应对“TD-LTE射频一致性测试”需求提供了一种新的可实施的解决方案。

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