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 25.141 WCDMA 基 站 测 试 规 范 中 定 义 了 多 个 相 关 的 测 试 项 目, 包 括 : 6.5.1 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 ; 6.5.2.1 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 ; 6.5.2.2 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 ; 6.5.3 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
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
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
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 25.141 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 0.00001RBW 时,E 段 测 量 结 果 和 扫 描 时 间 的 对 比 图 VBW=1RBW 结 果 VBW=0.00001RBW 结 果 2. Measurement BW 与 RBW 在 3GPP 25.141 6.5.2.1.4.1 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. 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 < 7.5 4.0 MHz f_offset < MHz 8.0MHz 7.5 MHz f f max 8.0 MHz f_offset < f_offset max Test Requirement Measurement bandwidth -12.5 dbm 30 khz f _ offset 30 khz 12.5dBm 15 2. 715 db MHz -24.5 dbm 30 khz -11.5 dbm 1 MHz -11.5 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):
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
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
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