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許多運營商正將他們現(xiàn)有的2G GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)升級為2.75G蜂窩標準，例如EDGE(改進數(shù)據(jù)率GSM服務(wù))標準。EDGE實際最高數(shù)據(jù)數(shù)率為384 Kbps，是GPRS標準最高數(shù)據(jù)數(shù)率(115 Kbps，具有適當糾錯功能)的3.3倍。無需增加200 KHz頻道帶寬而提高數(shù)據(jù)數(shù)率需要提高頻譜利用率，從而需要使用更加復(fù)雜的調(diào)制方案。在EDGE標準中，選擇偏移8-PSK(8移相鍵控)代替GMSK(高斯最小移頻鍵控)調(diào)制方式。圖1演示8-PSK星座圖的EDGE收發(fā)器集成電路AD6546的輸出。
EDGE標準的獨特之處
在手機設(shè)計的射頻(RF)部分，高質(zhì)量GMSK接收器的設(shè)計無需做任何修改即可用來解調(diào)8-PSK。雖然8-PSK的星座圖包含更多的點，但足可以滿足當今高集成度接收器、合成器的相位噪聲和噪聲指數(shù)要求，而且當信道帶寬不變時，濾波要求可保持不變。
不過，需要對發(fā)射機的體系結(jié)構(gòu)做修改。最根本的問題在于GMSK信號是恒包絡(luò)調(diào)制，所以只需發(fā)射相位信息，從而限制了一部分發(fā)射機信號鏈。而另一方面，8-PSK需要相位和幅度信息滿足所有的必需指標。可通過一種稱為極化環(huán)路調(diào)制方案的技術(shù)來改進現(xiàn)有GMSK發(fā)射機體系結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計中，幅度信息由另外一條鏈路處理，并且在功率放大器(PA)處重新組合幅度和相位信息。實際上8-PSK的相位處理與GMSK相同，但它們在調(diào)幅(AM)到調(diào)相(PM)的失真、PA效率以及驅(qū)動方式方面有所不同。
修改3GPP發(fā)射機技術(shù)指標以適應(yīng)采用8-PSK調(diào)制方式的手機，用誤差向量幅度(EVM)代替相位誤差指標來表示8-PSK的附加調(diào)幅(AM)能力。而且也增加了原點偏移抑制，它是表征發(fā)射機質(zhì)量的重要度量。由于考慮到發(fā)射機和主要調(diào)制方案中的附加復(fù)雜度，放松了對調(diào)制頻譜的限制。然而除此之外，所有其它的GSM射頻發(fā)射和接收測試都可以用于EDGE終端。這是因為在正常的語音通話中，手機采用傳統(tǒng)的GMSK模式，所以該模式的性能仍然非常重要。
3GPP附件G中RMS EVM的數(shù)學定義為：
式中，E(k)是誤差向量，S(k)是理想的發(fā)射機信號。
觀察星座圖中的發(fā)射機數(shù)據(jù)點，也可通過圖形表示EVM概念。根據(jù)圖3中所示的黑點，我們可以計算并且繪制出理想點。
這幅圖中紅線表示所測數(shù)據(jù)點示例，其相位和幅度都偏離理想值。相位和幅度誤差構(gòu)成了誤差向量的分量。發(fā)射機的不完美性，例如鎖相環(huán)(PLL)噪聲、PA失真效應(yīng)、熱噪聲以及調(diào)制器設(shè)計都會產(chǎn)生EVM。
3GPP中原點偏移抑制定義為
式中，C0表示載波饋通的恒定偏移，S(k)是理想發(fā)射機信號。
在3GPP指標中，計算EVM之前的誤差信號不需考慮C0，但在原點偏移抑制指標中需考慮。原點偏移也可通過繪制星座圖來直觀描述。理想的星座圖位于正中心，非理想星座圖與中心點存在“偏移”。原點偏移是由發(fā)射機信號鏈中的直流偏移引起的。
由于測試必需遵照3 GPP規(guī)范，所以我們可以使用具有EDGE選項或類似選項的羅德與施瓦茨(R&S)公司CMU 200射頻通信測試裝置。該裝置能夠根據(jù)GSM規(guī)范快速精確地測量參數(shù)。這些參數(shù)包括前面提到的EVM、原點偏移抑制以及調(diào)制頻譜。但對于覆蓋975個信道的四波段無線電收發(fā)機而言，每個信道都需要進行幾項測試。如果沒有自動測試設(shè)備則不可能完成這些任務(wù)。自動測試裝置也可用來控制待測器件(DUT)的溫度和電壓條件，從而確保達到快速、可重復(fù)和精確特性。圖5中所示是測量系統(tǒng)。
控制器是具有HPIB接口的個人計算機(PC)。HPIB接口總線用來連接所有的儀器，當通話建立后，通過移動射頻(RF)信道發(fā)射信號控制DUT。如果DUT具有RF連接器，則與測試裝置連接很簡單；否則必須使用消聲室。若沒有完整尺寸的消聲室或者方案不可行，則可以使用具有合適天線耦合器的RF屏蔽盒，例如R&S CMU Z10。在這種情況下，必須仔細校正輻射損耗。
PC上運行的是儀表儀器控制器程序。NI公司的LabVIEW或安捷倫公司的 VEE開發(fā)環(huán)境可提供理想的工具，并且其儀器驅(qū)動器也簡單易行。最終的程序應(yīng)包括3個關(guān)鍵部分：圖形用戶界面(GUI)；測量程序；數(shù)據(jù)采集、組織和表示。
主界面允許用戶配置測試的高級參數(shù)，例如：測試的頻率波段；信道階躍寬度或?qū)Ｓ脺y試信道；測量；輸出數(shù)據(jù)文件位置。該軟件也包括“設(shè)置”界面，在這里可配置詳細參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)類型、GSM/EDGE選擇以及進一步設(shè)置GPRS/EGPRS模式。在該界面中，可鍵入RF損耗，它需要根據(jù)特定的測試環(huán)境校準。當配置設(shè)置后，其可保存測試配置以備將來使用。
當用戶點擊F1:OK按鈕后(圖6)，通信測試裝置要與DUT連接。
圖6 ADI公司開發(fā)的GUI主界面
如果連接成功，將提示用戶建立通話。當通話建立后，所有的信令傳輸自動進行。然后將通過儀器控制程序收集數(shù)據(jù)，然后存儲在電子表格中，并且在該環(huán)境中加以處理，以提供組織良好的圖表、最小值-最大值數(shù)據(jù)表以及用戶設(shè)置限制通過或失敗的信息。
幾種方案的測試結(jié)果
使用上述ADI公司的測試環(huán)境可簡化EDGE和GMSK模式下手機設(shè)計的EDGE標準檢驗過程，并且獲得清晰的性能圖片。下文將對市場上最近推出的大批量生產(chǎn)的多波段EDGE手機和芯片組提供的測試結(jié)果進行總結(jié)。雖然我們可提供許多數(shù)據(jù)點，但下面的測試結(jié)果只總結(jié)了本文所討論的四類關(guān)鍵參數(shù)：
● GMSK調(diào)制頻譜
● 8-PSK調(diào)制頻譜
● 原點偏移
● EVM
第一種手機設(shè)計(圖8)能很好滿足了8-PSK頻譜、EVM和原點偏移指標。但在GMSK模式下調(diào)制頻譜正好位于其技術(shù)指標的極限值上。這是一個EDGE模式如何折中GMSK性能的例子。只使用GMSK調(diào)制方式的典型手機可提供6dB的裕量。
第二種設(shè)計(圖9)中這兩種調(diào)制頻譜表明其在規(guī)范上具有適當?shù)脑Ａ�，但有些信道的峰值EVM分布相當高并且接近30%。這可能是由調(diào)制器的拙劣設(shè)計或發(fā)射機頻率規(guī)劃問題引起的。
第三種設(shè)計(圖10)表明GMAK模式下部分信道的調(diào)制頻譜接近于規(guī)范極限值。在8-PSK模式下，PCS波段高端的調(diào)制頻譜增加到超過規(guī)范。部分信道的峰值EVM也很差。這是一種三波段設(shè)計，但其在高頻存在一些嚴重的一致性問題。
第四種設(shè)計(圖11)表明了很好的EVM和原點偏移，它們具有規(guī)范之上的大裕量，但在臨界400 kHz偏移的調(diào)制頻譜表明其存在一些問題。在GMSK模式下，個別信道表明具有非一致性，這可能是與上變頻處理耦合時的一些中頻(IF)雜散發(fā)射引起的。在8-PSK模式下，基本掩碼值很小，或沒有規(guī)范之上的裕量。
第五種設(shè)計(圖12)使用Othello AD6546極性環(huán)路EDGE收發(fā)器IC。GMSK和8 PSK模式下的調(diào)制頻譜表明其具有60/54 dBc規(guī)范之上極好的裕量。正如原點偏移和EVM所示，調(diào)制質(zhì)量也表明具有很好的裕量。
本文小結(jié)
EDGE增強型標準為手機供應(yīng)商和設(shè)計工程師提出了新的挑戰(zhàn)。3GPP 45.005技術(shù)規(guī)范描述了生產(chǎn)符合標準的手機所需的附加測試。隨著大批量生產(chǎn)能夠支持EDGE標準的手機明顯增多，滿足手機指標具有足夠的裕量并且確保具有很高產(chǎn)量的要求，對成本敏感的消費類市場極其重要。由高集成度收發(fā)器(例如AD6546)組成的解決方案，并加上優(yōu)秀設(shè)計和體系結(jié)構(gòu)選擇是確保低的偏差和高產(chǎn)量的關(guān)鍵。然而為了驗證設(shè)計，IC和手機測試都非常重要。本文所描述的工具和方法論可提供理想的測試解決方案。
