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許多運(yùn)營(yíng)商正將他們現(xiàn)有的2G GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為2.75G蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，例如EDGE(改進(jìn)數(shù)據(jù)率GSM服務(wù))標(biāo)準(zhǔn)。EDGE實(shí)際最高數(shù)據(jù)數(shù)率為384 Kbps，是GPRS標(biāo)準(zhǔn)最高數(shù)據(jù)數(shù)率(115 Kbps，具有適當(dāng)糾錯(cuò)功能)的3.3倍。無(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)特之處
在手機(jī)設(shè)計(jì)的射頻(RF)部分，高質(zhì)量GMSK接收器的設(shè)計(jì)無(wú)需做任何修改即可用來(lái)解調(diào)8-PSK。雖然8-PSK的星座圖包含更多的點(diǎn)，但足可以滿足當(dāng)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(dāng)信道帶寬不變時(shí)，濾波要求可保持不變。
不過(guò)，需要對(duì)發(fā)射機(jī)的體系結(jié)構(gòu)做修改。最根本的問(wèn)題在于GMSK信號(hào)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(jī)信號(hào)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(biāo)�？赏ㄟ^(guò)一種稱為極化環(huán)路調(diào)制方案的技術(shù)來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有GMSK發(fā)射機(jī)體系結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)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(shí)際上8-PSK的相位處理與GMSK相同，但它們?cè)谡{(diào)幅(AM)到調(diào)相(PM)的失真、PA效率以及驅(qū)動(dòng)方式方面有所不同。
修改3GPP發(fā)射機(jī)技術(shù)指標(biāo)以適應(yīng)采用8-PSK調(diào)制方式的手機(jī)，用誤差向量幅度(EVM)代替相位誤差指標(biāo)來(lái)表示8-PSK的附加調(diào)幅(AM)能力。而且也增加了原點(diǎn)偏移抑制，它是表征發(fā)射機(jī)質(zhì)量的重要度量。由于考慮到發(fā)射機(jī)和主要調(diào)制方案中的附加復(fù)雜度，放松了對(duì)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(cè)試都可以用于EDGE終端。這是因?yàn)樵谡５恼Z(yǔ)音通話中，手機(jī)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(xué)定義為：
式中，E(k)是誤差向量，S(k)是理想的發(fā)射機(jī)信號(hào)。
觀察星座圖中的發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)點(diǎn)，也可通過(guò)圖形表示EVM概念。根據(jù)圖3中所示的黑點(diǎn)，我們可以計(jì)算并且繪制出理想點(diǎn)。
這幅圖中紅線表示所測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(jī)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(jì)都會(huì)產(chǎn)生EVM。
3GPP中原點(diǎn)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(jī)信號(hào)。
在3GPP指標(biāo)中，計(jì)算EVM之前的誤差信號(hào)不需考慮C0，但在原點(diǎn)偏移抑制指標(biāo)中需考慮。原點(diǎn)偏移也可通過(guò)繪制星座圖來(lái)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(diǎn)存在“偏移”。原點(diǎn)偏移是由發(fā)射機(jī)信號(hào)鏈中的直流偏移引起的。
由于測(cè)試必需遵照3 GPP規(guī)范，所以我們可以使用具有EDGE選項(xiàng)或類似選項(xiàng)的羅德與施瓦茨(R&S)公司CMU 200射頻通信測(cè)試裝置。該裝置能夠根據(jù)GSM規(guī)范快速精確地測(cè)量參數(shù)。這些參數(shù)包括前面提到的EVM、原點(diǎn)偏移抑制以及調(diào)制頻譜。但對(duì)于覆蓋975個(gè)信道的四波段無(wú)線電收發(fā)機(jī)而言，每個(gè)信道都需要進(jìn)行幾項(xiàng)測(cè)試。如果沒(méi)有自動(dòng)測(cè)試設(shè)備則不可能完成這些任務(wù)。自動(dòng)測(cè)試裝置也可用來(lái)控制待測(cè)器件(DUT)的溫度和電壓條件，從而確保達(dá)到快速、可重復(fù)和精確特性。圖5中所示是測(cè)量系統(tǒng)。
控制器是具有HPIB接口的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)。HPIB接口總線用來(lái)連接所有的儀器，當(dāng)通話建立后，通過(guò)移動(dòng)射頻(RF)信道發(fā)射信號(hào)控制DUT。如果DUT具有RF連接器，則與測(cè)試裝置連接很簡(jiǎn)單；否則必須使用消聲室。若沒(méi)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(xì)校正輻射損耗。
PC上運(yùn)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(kāi)發(fā)環(huán)境可提供理想的工具，并且其儀器驅(qū)動(dòng)器也簡(jiǎn)單易行。最終的程序應(yīng)包括3個(gè)關(guān)鍵部分：圖形用戶界面(GUI)；測(cè)量程序；數(shù)據(jù)采集、組織和表示。
主界面允許用戶配置測(cè)試的高級(jí)參數(shù)，例如：測(cè)試的頻率波段；信道階躍寬度或?qū)Ｓ脺y(cè)試信道；測(cè)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(xì)參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)類型、GSM/EDGE選擇以及進(jìn)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(cè)試環(huán)境校準(zhǔn)。當(dāng)配置設(shè)置后，其可保存測(cè)試配置以備將來(lái)使用。
當(dāng)用戶點(diǎn)擊F1:OK按鈕后(圖6)，通信測(cè)試裝置要與DUT連接。
圖6 ADI公司開(kāi)發(fā)的GUI主界面
如果連接成功，將提示用戶建立通話。當(dāng)通話建立后，所有的信令傳輸自動(dòng)進(jìn)行。然后將通過(guò)儀器控制程序收集數(shù)據(jù)，然后存儲(chǔ)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(guò)或失敗的信息。
幾種方案的測(cè)試結(jié)果
使用上述ADI公司的測(cè)試環(huán)境可簡(jiǎn)化EDGE和GMSK模式下手機(jī)設(shè)計(jì)的EDGE標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)過(guò)程，并且獲得清晰的性能圖片。下文將對(duì)市場(chǎng)上最近推出的大批量生產(chǎn)的多波段EDGE手機(jī)和芯片組提供的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。雖然我們可提供許多數(shù)據(jù)點(diǎn)，但下面的測(cè)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(diǎn)偏移
● EVM
第一種手機(jī)設(shè)計(jì)(圖8)能很好滿足了8-PSK頻譜、EVM和原點(diǎn)偏移指標(biāo)。但在GMSK模式下調(diào)制頻譜正好位于其技術(shù)指標(biāo)的極限值上。這是一個(gè)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(jī)可提供6dB的裕量。
第二種設(shè)計(jì)(圖9)中這兩種調(diào)制頻譜表明其在規(guī)范上具有適當(dāng)?shù)脑Ａ�，但有些信道的峰值EVM分布相當(dāng)高并且接近30%。這可能是由調(diào)制器的拙劣設(shè)計(jì)或發(fā)射機(jī)頻率規(guī)劃問(wèn)題引起的。
第三種設(shè)計(jì)(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(guò)規(guī)范。部分信道的峰值EVM也很差。這是一種三波段設(shè)計(jì)，但其在高頻存在一些嚴(yán)重的一致性問(wèn)題。
第四種設(shè)計(jì)(圖11)表明了很好的EVM和原點(diǎn)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(wèn)題。在GMSK模式下，個(gè)別信道表明具有非一致性，這可能是與上變頻處理耦合時(shí)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(méi)有規(guī)范之上的裕量。
第五種設(shè)計(jì)(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(diǎn)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(qiáng)型標(biāo)準(zhǔn)為手機(jī)供應(yīng)商和設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)所需的附加測(cè)試。隨著大批量生產(chǎn)能夠支持EDGE標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)明顯增多，滿足手機(jī)指標(biāo)具有足夠的裕量并且確保具有很高產(chǎn)量的要求，對(duì)成本敏感的消費(fèi)類市場(chǎng)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(jì)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(yàn)證設(shè)計(jì)，IC和手機(jī)測(cè)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(cè)試解決方案。
