Microsoft Word - WCDMA MS Proposal - 3.doc

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1 WCDMA MS 测试建议书 ( 三 ) 第 3 章 WCDMA 手机研发过程以及安捷伦公司测试解决方案 WCDMA 研发一般可分为四个阶段 : 系统设计和仿真阶段元器件 / 电路 / 部件设计和验证阶段系统集成和联合调试阶段预认证和一致性测试阶段 根据研发过程中不同阶段的不同特点, 需要应用不同的测试解决方案 3.1 系统设计和仿真阶段以及安捷伦公司测试解决方案 WCDMA 代表移动通信的最新发展, 无论是基带算法的复杂度还是射频电路的指标都对系统设计提出更高的要求 WCDMA 基带算法复杂, 物理层涉及逻辑信道到传送信道再到物理码道的编解码过程, 高层面对多媒体协议, 射频部分带宽远大于 2G 系统, 码分多址类噪声特性对射频器件要求更高 系统设计涉及算法开发 DSP 设计, 数字电路设计,RFIC 设计和射频电路设计等各个方面 系统设计必须通过全面的仿真进行验证 仿真分为计算机仿真和半实物仿真 计算机仿真是系统设计不可缺少的一部分, 而半实物仿真把系统设计与关键器件或部件结合起来, 是系统设计能够在不断的硬件和软件开发过程中得到优化 Agilent ADS (Advanced Design System) 是专门针对电子系统, 电路设计仿真的 EDA 工具, 可以提供目前最为完整的系统及电路计算机和半实物仿真功能, 其典型功能应用包含 : 电子系统全系统模型仿真, 用户可以快速地搭建完整的通信系统 同时使用软件提供的测试模块, 对发射机的调制性能 ; 接收机的解调算法和性能 ; 以及整个系统在各种条件下的误码性能进行快速的评价 1

2 最完整的无线通信设计库包括 3GPP WCDMA 设计库 (Design Library), 其它还包括 GSM,EDGE,CDMA,CDMA2000,1xEVo,1xEvDv, TD-SCDMA,WLAN, DTV 等 WCDMA 设计库中包含了按照相应标准和协议编制的数据交织, 加扰, 成帧, 扩谱, 调制, 信道模型, 解调, 解扩, 解扰, 去交织等所有规范中涉及到的算法模块 天线及信道传输模型建立 ( 如天线传播, 信号衰落, 多径效应等 ), 中频 ; 射频及微波电路设计仿真, RFIC 设计仿真, 与网络分析仪连接使用完成器件的建模 ; 信号调制 / 解调处理分析 ; 数字信号处理算法实现 ; 子系统级联仿真, 同时加入通信信道的模型, 就可以进行整个通信系统链路的仿真 ; ADS 软件还提供了和其它基带处理和仿真软件的协同仿真能力, 包括 Cadence; HDL;Matlab;TI ISS 等 同时支持用户以 C++ 代码输入和编译后的用户自定义模块 ADS 特有的功能是还可和各种实际测试仪表进行动态连接, 将软件仿真的结果和测试仪表的实际测试紧密联系起来, 从而完成半实物仿真工作, 扩展传统 EDA 软件仿真设计的应用领域 ADS 可以完成各种所需的设计工作, 包括 : 系统级设计 :ADS 的系统级可以使您在行为级分析整个系统的功能 结合自顶向下的设计方法, 您可以很方便地将子系统 子电路的设计包含到系统级设计中 ADS 在高度集成的设计环境中提供广泛的模拟 DSP 和 RF 行为模型 无论设计目标是基带或者模拟 /RF 处理还是混合信号的单片系统 (SOC,System-On-Chip),ADS 和 3GPP WCDMA 设计库都可以令您快速 精确地设计和验证 WCDMA 系统的实现, 使您迅速地开发 WCDMA 芯片组 DSP 设计 :ADS 的 DSP 设计使您通过精确仿真来快速开发 验证 DSP 算法 随后的 DSP 综合功能可以在系统级优化您的设计, 并能够很容易地产生 HDL 代码 RFIC 设计 :ADS 的 RFIC 设计使您能够设计严格符合 3G 规范的低噪声放大器 混频器 振荡器和其它关键性元器件 微波电路设计 :ADS 的微波电路设计可以帮助您集成微波电路的图形 仿真和物理设计 2

3 RF 电路板设计 :ADS 的 RF 电路板设计为您的 RF 设计提供扩展的电路仿真 优化和分析工具 3GPP WCDMA 设计库是专门根据 WCDMA 标准的物理层所开发的仿真设计库 除了符合规范的完整行为模块集之外, WCDMA 设计库还包括预建的仿真系统和应用范例 例如 : WCDMA 基站发射机设计 WCDMA 手机发射机设计 WCDMA 基站接收机设计 WCDMA 手机接收机设计 ACPR CCDF 和 EVM 测量 WCDMA 信号源 前向链路和反向链路功控 各种基带算法模块 完整的发射机和接收机设计能力, 包括非线性元器件 相位噪声和交调失真等 图 22 ADS 中的 WCDMA UE 全编码发射机设计范例 把系统设计和硬件原型紧密地结合在一起, 就可以更快 更高效地完成产品设计 ADS 可以很容易地与安捷伦科技的测试仪表相连实现虚拟原型, 进行半实物仿真 可以使用安捷伦科技的 ESG E4406A 等 其中,ADS 与 E4438C 和 的互连可以大大缩短 3

4 电路仿真和设计的周期, 并且节省研发的成本 充分利用 ADS 和安捷伦科技其它测试设备的强大功能, 您就得到了一种全新而高效的, 软件设计与硬件原型相交换的研发解决方案 只需简单地将仪器接口模块放入仿真设计图中,ADS 就可以自动地将仿真所产生的信号下载到安捷伦的测试仪器 ( 例如 ESG) 中, 或从安捷伦的测试仪器 ( 例如 VSA) 中捕获数据 图 23 例如图 23 将 ADS 产生的 WCDMA 数据下载到 ESG 系列信号发生器后, 就可以用 ESG 输出的您任意定制的符合 WCDMA 规范的射频信号测试您的放大器或接收机 而此时您的符合 WCDMA 规范的发射机可能尚在研发中 4

5 Agilent ADS 软件配置 ADS 系统仿真软件环境 : 无线通信设计库 ( 选件 ): 3GPP W-CDMA 设计库 E8851AN E8875AN CDMA 设计库 GSM 设计库 DTV 设计库 TD-SCDMA 设计库 WLAN 设计库 CDMA2000 设计库 CDMA2000 1xEV 设计库 E8857AN E8859AN E8868AN E8873AN E8874AN E8877AN E8878AN 3.2 元器件 / 电路 / 部件设计和验证阶段以及安捷伦公司测试解决方案 在经过系统设计和仿真验证之后, 就进入元器件选择以及电路和部件设计和验证阶段 即使由完全正确的系统设计, 如果要保证最终的产品通过严格的一致性测试, 就必须保证基带和射频的器件电路首先符合更严格的要求 在此阶段的测试, 既有矢量网络分析仪, 频谱分析仪所提供的传统线性和非线性分析 ( 如 S 参数, 压缩点, 三阶交调等 ), 又有数字信号源和矢量信号分析仪所构成的新型数字调制激励信号的网络分析 ( 如 CCDF,ACP, EVM 等 ) 这部分另文阐述 5

6 3.3 系统集成和联合调试阶段以及安捷伦公司测试解决方案 系统集成和联合调试是 WCDMA 研发过程中的核心阶段 在这一阶段中要针对发射机和接收机的软硬件进行联合调试, 对整机进行关键项目的总体验证, 对高层协议进行功能测试和信令分析以及大量的故障诊断和排除 对此, 安捷伦可以提供完整的解决方案, 包括 8960WCDMA 手机综合测试仪,E4438C 数字信号源,89600 矢量信号分析仪和 PSA 系列高性能频谱分析仪 ADS 软件可用于这一阶段的半实物仿真 移动台综合测试仪 E5515C 是真正多制式的移动台综合测试仪 它不仅支持 WCDMA 手机测试, 还支持 GSM GPRS EDGE AMPS IS-136 cdmaone CDMA2000 CDMA2000 1xEV-DO 等各种制式, 囊括了目前世界上商用的所有蜂窝制式移动台的测试 它具有以下特点 : 真正的多制式 E5515C 可以同时支持以上多种制式的测试 真正的综合测试 E5515C 不仅支持收发信机的测试, 而且支持协议分析, 内置音频和频谱分析 测试精度高 E5515C 测试功率的精度相当高 测试 GSM GPRS 时, 功率测试精度为 0.29dB; 测试 WCDMA cdmaone CDMA2000 CDMA2000 1xEV-DO 时的最大功率时, 功率测试精度为 0.13dB 另外,E5515C 内置的 AWGN 噪声源的功率精度完全满足标准的要求 6

7 测试速度快, 是目前世界范围手机制造业使用最普遍的仪表 辐射低 E5515C 的 EMI 满足 CISPR-11 标准 漂移小 E5515C 只需要两年一次校准 8960 移动台综合测试仪支持完善的 WCDMA 射频测试, 主要包括 : 热耦功率计 (Thermal Power) 测量 WCDMA 平均功率 ( 包括开环功率 ) 信道功率计 (Channel Power) 测量 WCDMA 信道功率 ( 包括开环功率 ) 邻道功率泄露比 (Adjacent Channel Leakage Power Ratio) 波形质量 (Waveform Quality) BER(Loopback mode 1) BLER(Loopback mode 2) 33K RAW BER 频谱杂散模板 (Spectrum Emission Mask, SEM) 占用带宽 (Occupied Bandwidth) 码域功率 (Code Domain Power) I/Q 星座图 (I/Q Constellation) PRACH 开关功率 (PRACH ON/OFF Power) PRACH 前置码分析 (PRACH Preamble Analysis) 相位不连续度 (Phase Discontinuity) 闭环功率控制 (Inner Loop Power Control) 动态功率测试 (Dynamic Power) 频谱分析 (Spectrum Analysis) WCDMA 信道功能包括 : AMR 语音环回 Radio Bearer Test Mode 12.2K, 64K, 144K, 384K 分组数据信道 :64K,384K 电路交换数据信道 :14.4K,57.6K WCDMA 网络功能包括 : WCDMA 到 GSM 切换 软切换和更软切换 (Soft/Softer Handoff) 压缩模式 (Compressed Mode) 物理信道重配置 (Physical Channel Reconfiguration) 传送信道重配置 (Transport Channel Reconfiguration) 鉴权和完整性保护 (Authentication and Integrity Protection) WCDMA UE 信令分析 实时信令采集 (Realtime Protocol Logging) 分析信令层从 MAC 到 TCP/IP 7

8 各种触发和过滤功能 (Trigger and Filter) 各种信令数据存储格式 简便的 Windows 界面信令分析软件 双方向 PING 支持连接各种互联网协议, 包括 HTTP FTP WAP IP 数据吞吐监视 (Throughput Monitor) 8960 移动台综合测试仪基本配置 E5515C 移动台综合测试仪主机 选件 002 第 2 个射频信号源 003 CDMA 基站模拟器 E6703B WCDMA 研发应用测试选件 E6584A 无线通信协议分析仪 选件 003 WCDMA 信令解码 E4438C 数字和模拟信号发生器 ES4438C 信号发生器除具有优良的模拟性能以外, 还提供非常多种的数字调制功能 它们不仅可以产生标准的 W-CDMA GSM cdmaone CDMA2000 CDMA2000 1xEV-DO EDGE NADC PDC DECT PHS TETRA 信号, 还可以产生用户自定义的调制信号 ESG-D 系列信号发生器具有以下特点 : 除具有 ESG-D/DP 系列信号发生器的特性以外, 还具有以下的特点 : 支持基站和移动台的接收机测试 支持元器件和部件的测试 可以产生多信道 多载波的 CDMA 信号, 用于基站和移动台的系统或元器件 部件测试 通过定义载波和信道的配置, 还可以为某些特殊的需要, 如 CCDF, 专门定义某种测试 8

9 极高的输出电平精度和输出电平动态范围 64M 内存和 6GB 硬盘可以存储超长波形数据 支持与 ADS 工具之间的接口 E4438C WCDMA 选件主要特点 : 支持 WCDMA Release 5 标准信号产生 支持完整的传送信道和物理信道编码 支持各种 WCDMA 上行和下行信道, 包括 CPICH P-SCH S-SCH CCPCH PICH DPCH OCNS PRACH 等 支持各种参考测量信道 (RMC) 两台 E4438C 同步模拟发射分集 TSTD 和 STTD 支持压缩模式 内置 AWGN 源, 支持 C/N, Ec/No or Eb/No 设定 测试模型 Test Model 1-5 最大可设置 512 个 DPCH 和 OCNS( 任意波模式 ) 最大可设置 16 个 WCDMA 载波 ( 任意波模式 ) 支持 HSDPA 信号 (16QAM 和 QPSK) 产生 支持 AMC 和 HARQ 测试 E4438C 主要性能指标 输出频率范围 : E4438C: 250kHz~6GHz(1GHz,2GHz,3GHz,4GHz 可选 ) 频率变化步进 0.001Hz 信号扫描方式 : Ramp sweep, list sweep, step sweep 输出功率范围 : -136dBm~ 13dBm( 与输出频率有关 ) IQ 调制带宽 : 160MHz 信号调制方式 : 模拟调制 :AM; FM; PM; Pulse modulation; 数字调制 :BPSK; QPSK; FSK; MSK; 16QAM~256QAM 等支持的信号标准 :2G:GSM/GPRS,EDGE,CDMA,PHS 3G:WCDMA;CDMA2000,TD-SCDMA WLAN(802.11b;802.11a;802.11g) 等 9

10 衰落信号产生 : 2 通道, 每通道 48 路径 ( 可扩展 ), 支持 Rayleigh, Ricean, Log-normal, Suzuki profiles, Doppler 频移, Log-normal 等衰落模型 ; 任意波存储器长度 : 仪表内部存储器 : 64M sample Data Streaming 功能 : 计算机硬盘空间任意波合成 DAC 位数 : 16Bits 输出信号形式 : RF; 模拟 I/Q 信号 ( 差分形式 ); 数字 IQ 信号 (LVDS,TTL;CMOS 电平 ) 任意波形编辑工具 : MatLab ; ADS 等 E4438C 数字信号源基本配置 : E4438C 射频矢量信号源选件 : 506:6GHz 频率覆盖 UNJ: 高性能相噪指标 602:64M 内部调制源任意波发生器 400:WCDMA 信号合成 418:HSDPA 信号合成 005:6GB 硬盘 N5110A: Data Streaming 通道功能 N5115A: 多径衰落仿真功能 N5102A: 数字 IQ 输出功能 PSA 系列高性能频谱分析仪 10

11 Agilent E4440A 是 Agilent 公司高性能频谱分析仪 该频谱分析仪是第一台采用全数字中频处理技术的高性能频谱分析仪, 测试精度 动态范围和测试速度都代表当今频谱仪的最高水平 下表为 PSA 主要指标 指标项目 指标内容 DANL( 灵敏度 ) -155dBm( 加前置放大器 : -166dBm 到 169dBm) TOI +17dBm 相位噪声 -114dBc/Hz ( 偏置 10kHz) -157dBc/Hz ( 偏置 10MHz) 功率测试精度 0.24dB (<3GHz,95%RSS) 分辨率带宽 1Hz ~ 8MHz, 共 160 个设置 衰减器步长 2dB 测试能力 GSM, EDGE, cdmaone CDMA2000 CDMA2000 1xEV-DO W-CDMA NADC PDC 噪声系数 相噪等 输入输出连接特性 GPIB, LAN, 软驱等 如上表所示,PSA 同时还是一个多制式的发射机测试仪 它能够完成多种制式发射机的测试, 包括 W-CDMA 以及 GSM cdmaone CDMA2000 CDMA2000 1xEV-DO EDGE NADC PDC 的基站和移动台的测试 另外,PSA 还提供噪声系数 (NF) 和相位噪声的测试 PSA 还可以用作一个下变频器 它提供一个 321.4MHz 和一个 70MHz( 选件 H70) 的中频输出 输入的频率根据 PSA 型号的不同, 可以高达 50GHz(E4448A) PSA 按照覆盖的频段不同, 分为不同的型号 : E4443A: 3Hz GHz E4445A: 3Hz GHz E4440A: 3Hz GHz E4446A: 3Hz GHz E4448A: 3Hz GHz PSA 系列频谱分析仪 WCDMA 测量功能 ( 选件 BAF) 信道功率 邻道功率泄露比 交调 多载波功率 频谱杂散模板 占用带宽 11

12 码域分析 调制精度 ( 复合 EVM) QPSK EVM 功率分布 (CCDF) 功率对时间关系 HSDPA 测量功能 ( 选件 211) 调制精度和码域分析 支持测试模型 Test Model 5 16QAM 和 QPSK 自动检测 支持自适应调制 HS-DPCCH 功率 β 二进制或 16 进制解调数据显示 12

13 系列矢量信号分析仪 是一个功能强大的矢量信号分析仪系列 它们由运行在 Windows2000 和 Windows XP 上的矢量信号分析软件和射频以及 A/D 前端组成, 可以连接包括 VXI 结构的射频和 A/D 模块,PSA 系列频谱分析仪,ESA 系列频谱分析仪,Infinium 数字存储示波器等多种仪表, 配置极为灵活, 其频率范围可达 26.5GHz, 分析带宽可达 80MHz, 具有各种灵活解调测量能力和强大的矢量分析手段, 支持各种 2G,2.5G 和 3G 制式, 是 WCDMA 研发中重要的分析和诊断工具 作为分析仪表,89600 矢量信号分析仪可以针对被测信号的频域, 时域和解调域进行全面分析 在解调分析中,89600 可以完成对模拟调制信号, 数字调制信号及各种标准信号的解调分析 其典型应用包含以下三个方面 : 1. 显示被测信号的完整参数信息 模拟调制信号 : AM ;FM;PM 解调处理输出结果 : 基带调制信号波形, 基带调制信号频谱 ; AM 调制指数 ;FM/PM 信号频偏 / 相偏, 基带调制信号频率等参数 数字调制信号 : BPSK~256QAM,W-CDMA-CDMA2000,TD-SCDMA,OFDM 解调处理输出结果 : 信号的 I/Q 波形 ; 矢量图 ; 星座图 ; I/Q 眼图, 相位 / 时间关系, 幅度 / 时间关系等 13

14 2. 定量分析被测信号的调制精度 数字调制信号 EVM; 相位误差 ; 载波频率误差 ; 幅度误差 ; 载波泄漏 ;SNR;I/Q 相位正交偏差 ;I/Q 幅度不平衡等 3. 对信号质量恶化的具体原因进行判断和定位 例如 RF 电路的本振相位噪声 ; 频道内单频干扰 ; 放大器压缩 ; 基带电路的 DAC 误差 ; 时钟频率误差 ; 滤波器频响等问题 EPM-P 系列功率计和 E9320 系列探头 14

15 EPM-P 系列功率计是新型的功率计, 它突破了传统功率计的测试功能, 可以同时进行峰值功率 平均功率和峰均比 (PAR) 的测试 它特别适合测试无线通信中的类噪声信号的功率, 如 WCDMA CDMA2000 WLAN 等 同时, 它也具备门控功能, 适合测试脉冲信号的功率, 如 GSM EDGE Bluetooth 等信号 EPM-P 系列功率根据通道数的多少, 分为以下两个型号 : E4416A: 单通道 E4417A: 双通道 为了测试 PAR,EPM-P 系列的功率计需要使用 E9320 系列的探头 根据输入信号频率和带宽的不同, 又不同的型号 : E9321A: 输入信号频率范围 50MHz GHz, 带宽 300kHz E9322A: 输入信号频率范围 50MHz GHz, 带宽 1.5MHz E9323A: 输入信号频率范围 50MHz GHz, 带宽 5MHz E9325A: 输入信号频率范围 50MHz GHz, 带宽 300kHz E9326A: 输入信号频率范围 50MHz GHz, 带宽 1.5MHz E9327A: 输入信号频率范围 50MHz GHz, 带宽 5MHz 3.4 预认证和一致性测试阶段 当产品主要软硬件联调完成最终形成样机后, 就进入预认证测试阶段 预认证测试主要依据 和 测试标准将相关仪器集成并使用软件实现规范中所有测试例 安捷伦公司具有多年系统集成和测试软件开发经验, 可以为用户提供 WCDMA 测试系统开发的全方位服务 15

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