射頻衰落模擬器在信號衰落測試中的應用介紹

2020-11-22 電子產品世界

引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/154119.htm

　　決定基站發射機與移動接收機之間的通信質量的關鍵因素是信號的傳播信道。信號在空中傳播期間，會存在衰落現象。這意味著如樓宇、山坡或者樹木等障礙物都有可能吸收或反射信號，對其幅度和相位產生明顯影響。由於反射、衍謝和本地散射作用，在基站和接收機之間可能形成多個信號傳輸路徑(見圖1)。這種所謂的多徑傳播現象，會導致接收機接收到同一信號的不同副本，副本各自的傳輸路徑長度不同、抵達接收機的時間也不同，且它們的幅值和相位也各異。對於移動式接收機，還可能存在額外的挑戰，例如最大和最小信號強度以及都卜勒頻移等。

　　


　　圖1 傳輸過程中的信號衰落現象

　　眾所周知，對於諸如行動電話等無線設備應該在真實條件下進行測試，以確保它們的工作性能。為此，國際電信聯盟(ITU)對衰落進行明確規定，以模擬各種傳播條件和某些特定的接收條件。但是，衰落並不僅僅局限於移動無線網絡。衰落的另一個關鍵應用領域是基於軟體定義無線電(SDR)技術的現代軍事通信系統。它們使用了時間要求非常嚴格的複雜波形，這些波形的同步序列極其短暫。機載無線電臺尤其必須面對某些極端條件。過長的距離會導致被傳輸信息出現相當程度的時延。無線電波以光速傳播，無線通信設備之間每300km距離會導致約1ms的時間延遲。因此，無線設備生產商必須對跳頻無線系統在最壞環境下進行性能驗證，以優化他們的設計方案，並通過測試實驗室驗證無線電設備與技術規範的一致性。

　　使用衰落模擬器，可以在成本昂貴的現場測試之前，即在研發與驗收測試期間，以可重複方式對接收機的實際性能進行檢測。羅德與施瓦茨公司提供一種針對於數字移動無線接收機和跳頻無線系統的通用的測試解決方案。本文介紹如何配合使用帶有衰落選件功能的RS SMU200A矢量信號源和RS FSG(或 RS FSQ)信號分析儀快速和低成本地構建真實世界的測試場景。

　　2 衰落模擬的常見方法

　　有多種方法可以實現衰落模擬。通常最好的方法是在用來測試接收機的信號發生器的數字基帶部分產生衰落。這種方法使用非常廣泛、成本低、效率高，可以保證最佳測試性能和信號質量的可重複性。另一種方法是在射頻輸入/射頻輸出的基礎上實現衰落模擬。這種方法實現衰落模擬，成本較為昂貴。此外，這種方法中信號必須轉換為中頻和基帶信號，並轉換回原信號，因此有可能導致信號質量出現惡化。

　　在某些應用中，由於無法獲得基帶信號，因此不得不使用射頻衰落技術。例如，對包含信令功能的移動無線基站的實際傳輸性能進行衰落測試時，就需要使用射頻衰落模擬器。對於具備跳頻功能的軍用無線數據，情況亦是如此。而且目前的真實的電視信號，甚至於簡單的調頻信號，也必須完成衰落條件下的相關測試。

　　關於移動無線設備的測試，國際電信聯盟已經制訂了衰落規範，例如符合GSM和UMTS/WCDMA標準的信道模型。GSM定義了3個傳播模型，即典型市區模型、山地模型和鄉村地區模型。基於國際電信聯盟的3個信道模型，UMTS/WCDMA信道模型衍生出3個模型，即室內模型、步行者模型和車載模型。所有這些信道模型通過對環境的預期影響進行建模，從而模擬不同環境下的傳播條件。ITU 信道模型基於抽頭延遲線信道模型，且隨著例如衰落路徑的數量與分布和信道的時延擴展的不同而不同。除了實際的衰落曲線之外，還以多普靳頻移的方式模擬接收機與發送機之間的相對移動。

　　當接收機或者接收機環境內的任何一個反射物處於移動中時，接收機的相對速度會導致各個信號路徑的被傳輸信號出現頻移現象。不同路徑的信號，會出現不同程度的多普靳頻移，與不同的相位變化速度相對應。

　　3 搭建射頻衰落模擬器

　　使用帶有數字基帶接口的信號分析儀(例如RS FSQ作為下變頻器)和具有數字基帶輸入和衰落選項功能的射頻矢量信號源(例如帶有合適選項功能的RS SMU200A)，可以方便地搭建射頻衰落模擬器。多功能的基帶衰落和高斯白噪聲功能都作用於基帶信號。如果實驗室內已經擁有合適的信號發生器和信號分析儀，與購買一臺單獨的射頻衰落模擬器相比，該方案更加經濟、高效。

　　需要進行衰落作用的射頻信號從信號分析儀的射頻輸入端接入信號分析儀。信號分析儀作為下變頻器使用，並通過模數轉換，得到中頻的數位訊號。使用 RS FSQ可以獲得最高達28MHz的實時帶寬。信號分析儀的數字基帶接口傳送連續的數字數據流，該數字數據流與信號源的數字基帶輸入一致信號發生器的數字式 I/Q 輸入，通過電壓差分信號(LVDS)電纜送入信號源(見圖2)。該電纜作為選件提供。

　　

　　圖2 使用RS FSQ和RS SMU200A構建的、實時帶寬為28 MHz的射頻衰落模擬器

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