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勘危
7 years ago
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1 Spectrum Emission Mask Test Tips Zhan Jie, Wireless Application Engineer, EMG, Agilent Technologies 近来, 很多基站设计和测试工程师在测试 WCDMA Spectrum Emission Mask 的时候遇到了一些问题例如在信号分析仪的某些设置下,SEM 的结果是可以通过的而在某些设置下,SEM 的结果并不理想在不同的研发 site 采用不同的测试方法时, 得到的 SEM 结果差异很大本文将讨论用安捷伦公司 X 系列信号分析仪测试 SEM 时, 有哪些设置会影响 SEM 的结果为了获得最佳的 SEM 结果, 我们应该怎么设置信号分析仪一 SEM 测试发射频谱测试是 WCDMA 基站重要的测试项目, 主要衡量由调制器和射频器件所产生的信道外和频段外的能量泄露和非线性失真在 WCDMA 基站测试规范中定义了多个相关的测试项目, 包括 : 占用带宽 (Occupied Bandwidth,OBW) 测量 WCDMA 基站发射信号 99% 的累积功率所占带宽, 是针对带内信号的频谱测试 ; 频谱杂散模板 (Spectrum Emission Mask,SEM) 测量偏移载频 2.5MHz~12.75MHz 范围的频谱杂散能量, 是针对 WCDMA 频段内的频谱测试 ; 邻道泄露功率比 (Adjacent Channel Leakage Power Ratio,ACLR) 测量 WCDMA UE 发射信号功率相对于偏离载频 ±5MHz 和 ±10MHz 的第一和第二邻道泄露功率的比值, 是衡量 WCDMA 基站对相邻信道的干扰 ; 杂散辐射 (Spurious Emissions) 测量 9KHz~12.75GHz 范围的频谱杂散能量, 是衡量 WCDMA 基站对频段外的频谱干扰 SEM 可以用来衡量载波信号的近端泄漏情况本文将讨论在用 Agilent 公司 X 系列频谱分析仪测试 SEM 项目时的一些设置方法, 及 X 系列频谱分析仪和 PSA 频谱分析仪的结果讨论需要

2 注意的是, 本文是针对 WCDMA SEM 测试但是其他制式如 LTE 等也可以参考本文来做 SEM 的测试一般情况下的测试结果如下图所示 : 二用 X 系列信号分析仪测试 SEM 性能 (WCDMA) 在使用 X 系列信号分析仪测试 SEM 时, 工程师比较困惑的设置有两项一项是 VBW 的设置, 一项是 Meas BW 的设置 1. VBW VBW 是频谱分析仪内部的视频滤波器带宽频谱仪的显示是被测信号加上它自身的内部噪声为了减小噪声对显示信号幅度的影响, 我们常常对显示进行平滑或平均, 频谱仪所包含的可

3 变视频滤波器就是用作此目的它是一个低通滤波器, 位于包络检波器之后, 并且决定了视频信号的带宽, 该视频信号稍后将被数字化以生成幅度数据此视频滤波器的截止频率可以减小到小于已选定的分辨率 (IF) 滤波器的带宽这时候视频系统将无法再跟随经过中频链的信号包络的快速变化, 结果就是对被显示信号的平均或平滑视频滤波器在系统中位置这种效果在测量噪声时最为明显, 尤其是选用高分辨率带宽的时候当减小视频带宽, 那么噪声峰峰值的波动变化也随之减小如图 2-29 所示, 减小的程度 ( 平均或平滑的程度 ) 随视频带宽和分辨率带宽的比值而变当比值小于或等于 0.01 时, 平滑效果较好, 而比值增大时, 平滑效果则不太理想 VBW 的变化不会影响显示的平均噪声电平

4 VBW 对测试结果的影响由于视频滤波器有自己的响应时间, 因此当视频带宽 VBW 小于分辨率带宽 RBW 时, 扫描时间的改变近似与视频带宽的变化成反比, 扫描时间通过以下式子来描述 : 所以当减小 VBW 时, 会使测试时间相对延长针对 WCDMA SEM 的测试, 因为在等相关 3GPP 标准中, 并没有对 VBW 的大小进行规定同时,SEM 所针对的测量对象是类噪声信号, 所以我们可以通过减小 VBW 来获得较好的 SEM 测试结果但是如上文所述,VBW 的减小会带来测试时间的增长所以我们需要在测试结果和测量时间之间寻求一个平衡在 X 系列信号分析仪中, 默认的 VBW=0.01RBW 在待测基站余量较大的情况下, 可以采用默认的 VBW 进行测试这样可以有较快的测试速度如果待测基站余量较小, 甚至在默认设置的情况下无法通过 limit 时, 可以将 VBW 设为 0.001RBW 以获得较好的测试结果下图为 VBW 分别为 1RBW 和 RBW 时,E 段测量结果和扫描时间的对比图 VBW=1RBW 结果 VBW= RBW 结果 2. Measurement BW 与 RBW 在 3GPP 中有如下描述 :

As a general rule, the resolution bandwidth of the measuring equipment should be equal to the measurement bandwidth. However, to improve measurement accuracy, sensitivity, efficiency and avoiding e.g. carrier leakage, the resolution bandwidth may be smaller than the measurement bandwidth.

5 As a general rule, the resolution bandwidth of the measuring equipment should be equal to the measurement bandwidth. However, to improve measurement accuracy, sensitivity, efficiency and avoiding e.g. carrier leakage, the resolution bandwidth may be smaller than the measurement bandwidth. When the resolution bandwidth is smaller than the measurement bandwidth, the result should be integrated over the measurement bandwidth in order to obtain the equivalent noise bandwidth of the measurement bandwidth. 也就是说, 在一般情况下, 在测试 SEM 时的 RBW 应该等于 Measurement BW 但是, 为了获得更好的测量精度, 灵敏度, 效率和避免载波泄漏, 可以将 RBW 设为小于 Measurement BW 在这种情况下, 测试仪器会在 Measurement BW 的范围内进行积分所以, 在测量 SEM 时, 以 3.5MHz~7.5MHz 为例 Frequency offset of measurement filter - 3 db point, f 2.5 MHz f < 2.7 MHz 2.7 MHz f < 3.5 MHz Frequency offset of measurement filter centre frequency, f_offset 2.515MHz f_offset < 2.715MHz 2.715MHz f_offset < 3.515MHz 3.515MHz f_offset < 4.0MHz 3.5 MHz f < MHz f_offset < MHz 8.0MHz 7.5 MHz f f max 8.0 MHz f_offset < f_offset max Test Requirement Measurement bandwidth dbm 30 khz f _ offset 30 khz 12.5dBm db MHz dbm 30 khz dbm 1 MHz dbm 1 MHz 我们可以在 X 系列信号分析仪中将 RBW 设为 100kHz, 将 Meas BW 设为 10*RBW 通过这样的方式获得较好的 SEM 测试结果这种设置方式和 1MHz RBW,Meas BW=1*RBW 的比较如下图所示 ( 为了结果更加清楚, 将 VBW 设为 1MHz):

6 Meas BW=10RBW Meas BW=1RBW 那么为什么按照这样的设置可以获得较好的 SEM 结果呢? 主要有两方面的原因 (1)RBW 对 SEM 结果的影响 RBW 是指频谱分析仪内部中频滤波器的 3dB 带宽 RBW 在系统中位置因为对于噪声信号来说, 它们的功率可以由 ktb 计算得到也就是不同的滤波器带宽会带来不同的噪声功率因为当 RBW 变小时, 通过中频滤波器的噪声功率也相应变小, 因此可以通过小 RBW 获得更好的测试结果它的作用是降低显示平均噪声电平

7 RBW 对测试结果的影响 (2)Meas BW 对 SEM 结果的影响当增大 Meas BW 时, 显示结果相当于对 trace 做了一个 long moving averaging 类似于进一步降低了 VBW, 对轨迹做了平滑处理如下图所示 : Meas BW=1*RBW Meas BW=2*BW 所以采用减小 RBW, 按标准设置 Meas BW 的方法, 可以有效的提高 SEM 的测试结果但

8 是会带来测试速度的下降三 PSA 和 X 系列信号分析仪结果比较 (WCDMA) 目前还有很多工程师在使用 PSA 也就是 E444X 系列的信号分析仪来测试 SEM 可能会发现 PSA 的测试结果和 MXA/PXA 有一定差异这是因为 PSA 和 MXA/PXA 测量 WCDMA SEM 的方法是不一样的, 默认的 VBW 设置也不一样首先 PSA 里 WCDMA SEM 测试速度较慢, 原因是它没有采用 swept 的方式, 而采用了 LO 步进配合时域抓取的办法, 这种方法速度受到了限制, 当时采用该设计的主要原因是为了和 E4406A 保持一致, 因为后者不支持 swept 的方式虽然速度慢, 但是 PSA 测量 SEM 的效果还不错, 因为 PSA 本身性能较好, 同时等效的 VBW 也比较低 MXA 里 WCDMA SEM 测试采用的是 SWEPT 的方式, 可以看到它的速度快了很多, 原因不仅仅是 SWEPT 的方式, 而且它默认的 VBW/RBW 为 0.01, 比 PSA 要高, 因此平均效果不是最好 MXA 里面 VBW/RBW 的值用户可以根据自己的需求进行修改 : 在待测基站余量较大的情况下, 可以采用默认的 VBW 进行测试这样可以有较快的测试速度如果待测基站余量较小, 甚至在默认设置的情况下无法通过 limit 时, 可以将 VBW 设为 0.001RBW 以获得较好的测试结果另外一方面,3GPP 规范中定义的 detector 类型为 True RMS detector ( 只是一个概念, 实际频谱仪没有这样的 detector), 具体频谱仪实现时, 使用 RMS detector 和 0.01 VBW/RBW, 可以达到规范要求的效果 PSA 的 W-CDMA 选件的模板已经这样做了, 那个结果是可靠的而在 X 系列频谱分析仪中里面使用 peak detector+ 小的 VBW/RBW 因为对于 CW 类的杂散信号来说, RMS detector 有误差, 而 peak detector 更准确同时为了兼顾类噪声的杂散信号的测量, 所以采用小的 VBW/RBW 来模拟 RMS detector 但是,VBW/RBW 要足够小比如可以设为 0.01RBW

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注 意 的 是, 本 文 是 针 对 WCDMA SEM 测 试 但 是 其 他 制 式 如 LTE 等 也 可 以 参 考 本 文 来 做 SEM 的 测 试 一 般 情 况 下 的 测 试 结 果 如 下 图 所 示 : 二 用 X 系 列 信 号 分 析 仪 测 试 SEM 性 能 (WCDM

注意的是, 本文是针对 WCDMA SEM 测试但是其他制式如 LTE 等也可以参考本文来做 SEM 的测试一般情况下的测试结果如下图所示 : 二用 X 系列信号分析仪测试 SEM 性能 (WCDM