蜂窩基站測試中的射頻信號取樣

田斌

（云南省無線電監測中心，云南昆明，650228）

蜂窩基站測試中的射頻信號取樣

田斌

（云南省無線電監測中心，云南昆明，650228）

從系統角度出發，主要討論蜂窩基站測試的射頻信號的取樣問題。根據國標中的相關要求，通過實驗比較討論衰減器和耦合器的非線性特性，從理論和實驗結果進行分析并得出結論。

蜂窩基站；雜散輻；取樣；衰減器；耦合器

0 引言

移動通信在高速發展，第四代移動通信已在成熟運行，第五代移動通信的各項實驗也在大量進行中。眾多通信基站的存在將不可避免的產生系統內部和系統之間的互相干擾，這些是運營商所關注的問題，作為無線電管理者的無線電監測站，遇到的問題更為棘手，因為要面臨的是三大運營商之間共同遇到并且會交叉產生的干擾問題。

縱觀通信發展史，可以發現隨著社會的進步，移動通信的發展更多地取決于市場和企業行為，而其中政府干預的因素在逐漸減少。甚至連作為國家資源的無線電頻率資源，也在某種程度上預先“開放”給了市場。這種頻率資源的“開放”給無線電管理帶來了新的挑戰，將面臨眾多通信制式和頻率的存在，同時將面對那一大堆的國際標準、國家標準和行業標準，要找出各種通信系統的共性，并提出相應的測試方法。

查閱各種標準，我們可以發現蜂窩基站雜散測試要求的以下共同點。雜散測試關注9kHz～12.75GHz頻段；對雜散輻射要求比較苛刻的是對GSM制式的保護（小于-98dBm/100kHz）和對CDMA制式的保護（小于-86dBm/1MHz）；可能存在多載頻測試的情況。

本文將要討論的是針對上述三個要求的射頻取樣問題，因為這是決定是否順利完成測試的第一個環節。

1 基本的射頻取樣電路

我們知道，蜂窩基站的指標測試要依靠頻譜分析儀或者信號分析儀來完成，但是這種儀器的最大輸入功率、動態范圍和自身的非線性特性都決定了需要在被測發射機和頻譜分析儀之間接入一個子系統。

這個子系統并非隨意搭建，而要考慮到被測設備的所有射頻條件和測試要求。一般常見的采用集總參數衰減器或者寬帶定向耦合器作為射頻信號取樣手段， 這二種看似極為簡單的射頻取樣電路，會對雜散測試產生不同的影響。

2 射頻測試和測量的精度原則

從事射頻測試的工程師們都了解測量精度的10dB原則——任何測試系統的精度應比被測設備的最好指標再高10dB。

一個無源互調測量系統的自身剩余互調比被測指標好10dB時，其測試不確定度為+2.4/-3.3dB。這個準則適用于任何射頻測量系統。

現在我們將通過一些實驗來討論衰減器和定向耦合器的非線性特性以及對蜂窩基站雜散測試精度的影響。

3 集總參數衰減器的非線性特性

集總參數衰減器在很多測試場合得到了廣泛應用，但是在蜂窩基站的雜散測試應用中采用這種器件，則需要十分謹慎，因為這種器件自身具有一定的非線性特性。

我們通過在衰減器的兩端加裝濾波器來進行集總參數衰減器的諧波測試，其中前端濾波器調諧在功放的輸出頻率（如875MHz），以保證輸入到被測衰減器的載頻是干凈的；接在衰減器輸出端的濾波器則調諧在放大器載頻的二次諧波處（1750MHz），以保證測得的諧波是由衰減器產生的，而不是頻譜分析儀產生的。

測試結果顯示，當輸入功率增加1dBm時，二次諧波增加2dBm，這遵循諧波的變化規律，說明集總參數衰減器存在二次諧波的事實。當輸入功率為+43dBm時，衰減器的諧波為-48dBm，而當功率達到+47dBm時，諧波約為-40dBm。對照蜂窩基站的測試要求，我們會發現衰減器自身的諧波要遠遠大于基站所產生的雜散要求。

顯然，集總參數衰減器作為蜂窩基站雜散測量的取樣電路有待商榷。

我們再來看看衰減器的互調特性，用圖1進行集總參數衰減器進行互調測量，測試頻率為1805-1880MHz，測試功率為2×43dBm，互調出現在1710-1785MHz頻段。圖2是傳輸互調測試結果。

圖1 互調測試電路

圖2 集總參數衰減器的互調特性

如果將這個衰減器用于蜂窩基站測試系統，則其產生的傳輸互調則會落入頻譜分析儀，這個信號的幅度要大于被測基站的雜散，由此得出的最終測試結果也不真實。

和基站測試要求比較，我們會發現集總參數衰減器自身的非線性已經超出由系統剩余產生的測試誤差的比較范圍，其“測試不確定度”計算比較困難。

作者通過對“低互調”設計的集總參數衰減器進行了大量的測試，發現一個經過“低互調”設計的集總參數衰減器，其反射互調值可以保證在-67dBm@2×43dBm；而未經“低互調”設計的衰減器的互調值通常在-50dBm以上。

4 定向耦合器的無源互調特性

定向耦合器的一種射頻取樣電路，其主饋線是一條微波傳輸線，可以輕易實現低互調。

圖3示低互調定向耦合器具有非常良好的低互調表現，其自身產生的互調產物為-120dBm@2×43dBm，要遠遠小于基站的指標。用這種器件作為蜂窩基站測量的取樣電路是十分理想的。

圖3 低互調定向耦合器的互調特性

5 結束語

蜂窩基站的測試較為復雜，要做好這項測試，需要對測試標準、測試目標和測試方法有深入的了解。而了解微波器件的特性，則是這一切的基礎從器件特性開始，通過各種實驗來模擬蜂窩基站的測試原理，才能更好的確定蜂窩基站的測試方法。不妥之處，希望同行提出寶貴意見。

[1]朱輝.《實用射頻測試和測量》.第1版.北京：電子工業出版.2010年1月.

[2]袁路花.移動臺與基站性能指標測試及分析. 《山東大學》.2006.

[3]崔志峰.淺談蜂窩移動通信基站檢測工作中常見的問題. 《中國無線電》.2010.

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RF signal sampling in cellular base station testing

Tian Bin
（Yunnan radio monitoring center,Kunming Yunnan,650228）

Mainly discuss signal sampling on the radio frequency test of cellular mobile communication system base station from the perspective of test system According to the requirements of national standard, through the experimental comparison discuss nonlinear characteristics of attenuator and coupler, analyze and conclude from theoretical and experimental results

cellular base station; stray radiation; sampling; attenuator; coupler