精确测量WiMAX信道功率的最佳方法

作者：安捷伦科技公司 David Huynh Bob Nelson

现在，无线设计人员面临着设计世界一流产品的艰巨任务。很多无线技术标准都规定了功率的技术指标，但却忽视了功率测量的具体步骤，因此设计人员在进行测量时往往会发生错误。由于IEEE 802.16标准使用的OFDM射频波形本身就非常复杂，所以他们在测量移动WiMAX信号时出错的情况更多。

本文介绍了有关WiMAX信道功率测量的重要信息，这些基本原则对于三种主要的WiMAX功率测量都适用：发射功率测量、相邻信道功率测量和频谱辐射合格/不合格测试。

信道功率测量的基础知识

某些频率分析仪具有通用测量模式，这种模式没有具体规定它们所支持的无线标准，因此设计人员可完全控制和灵活调整测量设置。

图1为传统模拟频谱分析仪的方框图。在现代频谱分析仪中，本地振荡器之后执行的大部分信号调节和滤波功能都是使用数字信号处理来实现的，而它们的特性和行为与使用模拟方式处理的结果相当。因此要进行精确测量，设计人员必须正确设置和修改测量参数。

图1      传统模拟频谱分析仪的方框图

显示检波器

图1中包括包络检波器和显示检波器(检波器模式)。包络检波器的特性是由频谱分析仪自身的设计决定的，用户无法更改这些特性，本文不再讨论。

为了容纳更多的测量和应用软件，现代频谱分析仪提供多种显示检波类型。某些检波器可为不同类型的信号提供更优化的结果。例如，峰值检波器能够从一组采样数据点中检测出最大电平，从而为连续波(CW)测量提供最佳选择。稍后，这个最大电平会作为迹线点在频谱分析仪上显示。平均值检波器则与峰值检波器不同，它能够检测出采样数据点的平均电平，并将其作为迹线点显示。

图2        显示的迹线点分别来自于正峰值检波器、平均值检波器和负峰值检波器

显示的迹线点通常称为“bucket”。频谱分析仪进行数据点采样的时间称为“bucket间隔”。图2显示了选择不同检波类型会对给定bucket的显示迹线点产生什么影响。

图3     从上到下显示的依次是WiMAX猝发脉冲的正峰值检波、平均值检波和负峰值检波迹线。

注意：为了显示迹线的区别，这里将分辨率带宽设置为3 MHz

对于噪声信号或近似于噪声的信号(如许多数字调制信号)来说，使用平均值检波器可获得平均功率数据的最佳结果，显示的迹线点是采样数据的平均值。图3显示了使用不同类型检波器处理WiMAX信号所获得的不同迹线显示。

分辨率带宽

功率测量通常是指某一带宽内的测量。同样，频谱分析仪上显示的迹线点也要通过分辨率带宽(RBW)滤波器进行解读。对于连续波信号来说，降低RBW会得到更好的信噪比，因而使测量结果看上去更平滑。对于近似于噪声的信号来说，扩大RBW可以在平均检波bucket中获得更平均的值，也可使用窄视频带宽(VBW)滤波器获得更平滑的测量结果。使用更窄RBW的缺点是花费的测量时间更长。

在进行信道功率测量时，频谱分析仪用户应根据其无线技术标准来设置RBW。例如，某个给定标准的专用频谱辐射(SEM)测试文档通常包括测量所需要的RBW设置。取决于信号的频率范围，在整个测量扫宽内，SEM测试的RBW设置还可能会随着频率的变化而变化。如果未指定RBW，建议用户最好为其信号表征设置RBW。对于窄带宽(CW)信号来说，最好使用窄RBW滤波器；对于近似于噪声的信号(例如WiMAX信号)来说，通常最好使用较宽的RBW。

平均值技术

现代频谱分析仪使用多种方法来求取信号的平均值，使信号变得更加平滑。采样最终在频谱分析仪上显示为迹线点的方式在很大程度上取决于平均值技术，主要涉及的参数有扫描时间、视频带宽等。

扫描时间

现代频谱分析仪通常每秒可进行数百万次采样。假设选择平均值检波，如果增加扫描次数，那么在显示迹线点之前的一段时间(bucket)内取平均值的数据采样数量会随之增加。采样量越大，所显示的平均点就越趋向于一致，最终显示的迹线就越平滑。

视频带宽

频谱分析仪中的VBW滤波器可以减小测量电平的差异，并且在扫描次数增加时仍保持相同的作用。传统频谱分析仪和许多现代化频谱分析仪都是在显示标度的级别上执行VBW过滤，因此可能会造成功率测量问题。

频谱分析仪的测量结果既能用对数(dB)表示，也能用线性度(电压线性度)表示。因为VBW滤波是一种求取平均值的过程，在这些级别上进行任何平均值计算，都有可能出现误差。例如，在噪声或近似于噪声信号的对数平均值计算中可能发生-2.51 dB的误差。

因此在进行功率测量时，最好在功率标度上使用VBW滤波器。某些现代化分