終端綜測儀自動校準(zhǔn)研究與實(shí)現(xiàn)

摘？要：終端測試儀是通信測試領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，本文對此類儀器的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了分析和研究，闡述了一種利用數(shù)字穩(wěn)幅電路校準(zhǔn)終端測試儀內(nèi)部信號源的功率，利用內(nèi)置信號源校準(zhǔn)內(nèi)部接收機(jī)功率的自動校準(zhǔn)的方法，同時給出終端綜測儀硬件平臺總體方案及自動校準(zhǔn)軟件流程圖，提供了一套針對該類型儀表功率的自動校準(zhǔn)的可行方案做為參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字穩(wěn)幅；功率；自動校準(zhǔn)

0 引言

隨著移動通信技術(shù)的不斷演進(jìn)，終端測試設(shè)備作為通信測試領(lǐng)域的重要儀表越來越受到業(yè)界的關(guān)注。終端的質(zhì)量和性能優(yōu)劣對整個通信產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展有著舉足輕重的影響，終端測試儀表及測試平臺的發(fā)展是移動通信產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)，不僅可以為面向商用終端基帶芯片等提供專業(yè)測試驗(yàn)證儀表，而且可以通過對終端芯片研發(fā)的支持，帶動通信測試領(lǐng)域的全面發(fā)展[1]。

終端綜測儀作為通信測試王牌儀器，是業(yè)內(nèi)所有儀表廠家發(fā)展的核心和重點(diǎn)，也是市場競爭最為激烈的焦點(diǎn)。由于多種制式、大帶寬、多頻點(diǎn)、多種調(diào)制技術(shù)等特點(diǎn)，使得終端綜測儀的功率校準(zhǔn)成為了一個難題。儀表在正式交付時都要經(jīng)過精密儀器測試，功率等各相關(guān)儀表指標(biāo)都能滿足儀表指標(biāo)要求。但是經(jīng)過一段時間以后，儀表的各項(xiàng)指標(biāo)由于環(huán)境變化、溫度不同等因素的影響，功率等指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。儀表就需要重新校準(zhǔn)，儀表廠商現(xiàn)場校準(zhǔn)成本較高。因綜測儀自身帶有的信號源和接收機(jī)的特點(diǎn)，利用信號發(fā)射與信號分析并行反饋校準(zhǔn)技術(shù)，通過具體實(shí)踐充分證明了該方法的正確性和有效性[2]。

1 終端綜測儀硬件平臺及總體方案

綜測儀硬件平臺原理框圖如圖1所示，主要由以下幾個部分組成：發(fā)射參考時鐘輸出經(jīng)過鎖相的高穩(wěn)參考信號；基帶數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，依據(jù)設(shè)置的不同通信制式輸出不同的兩路IQ數(shù)據(jù)；上變頻器單元的功能是把FPGA產(chǎn)生的基帶信號經(jīng)DAC、正交調(diào)制等處理后產(chǎn)生中頻信號。寬帶本振單元利用DDS鎖相技術(shù)環(huán)路輸出（0.4～6）GHz本振信號；射頻混頻單元，利用混頻技術(shù)把中頻信號混到射頻，利用攜帶通信信息的射頻信號進(jìn)行傳輸；開閉環(huán)轉(zhuǎn)換單元用于調(diào)制器開環(huán)和閉環(huán)的切換，同時還可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)調(diào)整為模擬信號來控制調(diào)制器。調(diào)制器單元是一個利用數(shù)字電路控制可調(diào)諧的衰減器，通過設(shè)置不同數(shù)據(jù)來調(diào)整調(diào)制器的不同衰減量；多級放大單元對通路中的射頻信號進(jìn)行放大，提高儀表的最大輸出功率。功分器單元將射頻信號功率分配分成兩路，一路進(jìn)行傳輸，一路反饋給調(diào)制器。檢波采樣單元用于把反饋回來的射頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。時分同步運(yùn)算單元用于對反饋回?cái)?shù)字信號求和運(yùn)算、平均等數(shù)據(jù)處理，采用負(fù)反饋來控制調(diào)制器。功率調(diào)整單元可以控制發(fā)射信號的功率輸出，進(jìn)行最大120 dB衰減或0衰減量。MIMO接口單元主要起合路器的作用，將發(fā)射信號和接收信號合路，合路后的端口可分時輸入或輸出。

接收功率衰減單元主要調(diào)整輸入的大功率信號，對輸入信號進(jìn)行最大50 dB衰減或0衰減量。前置增益控制單元用于輸入小功率信號的調(diào)整放大，接收衰減單元和前置增益控制單元的主要功能是對大信號衰減，小信號放大，根據(jù)后端電路處理要求擴(kuò)大儀表的測試信號范圍。寬帶本振單元輸出（0.4～6）GHz本振信號。混頻單元將高頻射頻信號降頻，匹配濾波單元，濾除混頻中無用的信號，留下有效信號。下變頻器單元的功能是將中頻經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣，將數(shù)據(jù)流分成兩路，得到IQ兩路基帶信號。接收參考時鐘單元通過固定分頻鎖相環(huán)輸出的參考時鐘信號用于內(nèi)部信號抽取采樣。數(shù)據(jù)分析單元是對接收到的IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)分析[3]。

2 發(fā)射數(shù)字穩(wěn)幅具體實(shí)現(xiàn)

綜測儀發(fā)射單元功率控制主要是通過衰減器和調(diào)制器協(xié)同工作完成。衰減器進(jìn)行大范圍控制，調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對功率的精確控制，因此調(diào)制器校準(zhǔn)精度直接影響到輸出功率精確度。衰減器最大衰減量為120 dBm，通過對衰減器的不同設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對輸出信號0衰減量或120 dBm衰減量每10 dB一檔的動態(tài)控制，當(dāng)達(dá)到最大衰減時，可以實(shí)現(xiàn)最小功率。調(diào)制器的控制范圍超過25 dB，保證了與衰減器的配合可以在大范圍中實(shí)現(xiàn)精確控制。為確保發(fā)射單元的功率準(zhǔn)確度，采用了數(shù)字穩(wěn)幅技術(shù)，以TD-LTE信號為例，發(fā)射的信號采用多子幀通信，且每個子幀內(nèi)又存在多個時隙[4]，具體1個幀周期內(nèi)的時隙分布圖見圖2。在通信時，并不是每個時隙內(nèi)都一定有信號，這就要求時隙內(nèi)沒有通信信號時，穩(wěn)幅環(huán)路不工作，保持一個固定狀態(tài)。而傳統(tǒng)ALC穩(wěn)幅環(huán)路由于采用有效值檢波，并通過采用負(fù)反饋環(huán)路控制調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)信號的穩(wěn)定輸出，很難完成這種脈沖內(nèi)檢波、脈沖外保持的穩(wěn)幅要求。因TD-LTE通信中每個子幀周期是固定的，在判斷到有上升沿后，就開始讀取A/D采集的數(shù)據(jù)，并求和處理，由于導(dǎo)頻時隙的寬度是固定的，可以根據(jù)高速時鐘A/D的采集速率和導(dǎo)頻時隙的寬度來調(diào)整計(jì)數(shù)器的終止數(shù)據(jù)。經(jīng)過功率調(diào)整的調(diào)制信號一路作為信號發(fā)射到端口，另一路通過反饋數(shù)據(jù)處理來控制調(diào)制器的輸出功率。觸發(fā)信號以TD-LTE幀周期的同步信號上升沿來判斷，按照通信制式不同選擇不同的保護(hù)時隙，如果有上升沿，則開始采樣時隙內(nèi)數(shù)據(jù)，并累加A/D采集的數(shù)據(jù)，等累加到導(dǎo)頻時隙的寬度時，就停止累加，并計(jì)算出A/D累加的平均值，然后與參考數(shù)據(jù)比較，根據(jù)數(shù)據(jù)比較的結(jié)構(gòu)，修正輸出到DAC的數(shù)據(jù)。經(jīng)過幾個幀的修正后，實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定。具體采集數(shù)據(jù)如圖3所示。這是一個逐步穩(wěn)定的過程，延遲的時間包括時隙在幀周期所處的位置、一定的保護(hù)時隙、通道延遲時間[3]，只要去掉幀同步判斷就可實(shí)現(xiàn)連續(xù)波的穩(wěn)幅，數(shù)字穩(wěn)幅具體流程見圖4。

3 衰減器與頻響校準(zhǔn)流程

4 測試結(jié)果

通過指定通信制式信號源發(fā)射信號，經(jīng)過校準(zhǔn)后的綜測儀實(shí)測功率值與安立MS2692A進(jìn)行對比測試。信號源功率設(shè)置為-20.0 dBm，頻率為（0.4～6）GHz。表1選取了部分頻率點(diǎn)記錄了測試結(jié)果。

從表1中可以看出，終端儀實(shí)測值與MS2692A實(shí)際測量結(jié)果非常接近，誤差僅在0.2 dBm以下，這是由于儀器自身差別和環(huán)境溫度造成的，綜上，綜測儀經(jīng)過校準(zhǔn)后的功率測試較準(zhǔn)確，充分說明校準(zhǔn)的有效性。

5 結(jié)束語

本文首先分析了當(dāng)前終端綜測儀研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀，終端測試領(lǐng)域存在巨大的發(fā)展空間。結(jié)合我單位研發(fā)的終端綜測儀，深入理解了綜測儀整機(jī)方案和射頻通道模塊的校準(zhǔn)原理。分別對調(diào)制器功率校準(zhǔn)以及衰減器校準(zhǔn)進(jìn)行了深入的分析，通過實(shí)際校準(zhǔn)驗(yàn)證了整個流程的正確性和有效性。但是，在實(shí)際的校準(zhǔn)過程中還有許多不確定的因素影響校準(zhǔn)結(jié)果。后續(xù)還需要更加深入的研究，并充分地理解硬件設(shè)計(jì)思想和探索硬件實(shí)際運(yùn)行特性。

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