LTE基站发射机本振信号的主要指标与测试方法

石高巍

摘要文章根据LTE基站发射机实际研发测试指标，对其本振信号测试的主要指标进行了简单的阐述，并介绍了所需要的测试设备，最后给出了相应的实际测试结果。

关键词LTE基站发射机本振测试指标

1引言

LTE作为4G時代的移动无线技术的主流标准，旨在增加系统的频谱利用率、提高数据的传输率和降低系统的传输延迟。因此，LTE系统对信息速率和可靠性提出了更高的要求。

发射机是无线通信基站发射信号的核心部件，其性能的好坏直接决定了无线通信系统的性能。通常，发射机通过本振与中频调制信号混频，使其频率变换到所需的发射频率。对于发射机来说，频率变换理论上不会使信号产生畸变；而实际上，混频器和本振都会使发射机输出信号产生畸变，从而降低发射机的性能。混频器对信号的恶化主要是混频杂波，所以本振信号的纯度是衡量发射系统优劣的重要指标。本振信号强调高频谱纯度、低相位噪声、高信号稳定性，但因其敏感特性而容易受到干扰。若本振信号性能较差，则会导致发射机信噪比下降、信号产生失真。随着电子技术的高速发展，对本振信号的要求越来越严格，本振信号的测试是LTE基站发射机研发時测试的主要项目之一。

2主要测试指标

本振信号的主要测试指标有频率范围、输出功率与谐波、单边带相位噪声、杂散和注入锁定。

频率范围是指本振信号工作在指定的频率和通道范围内，并且锁定。本振信号频率直接影响发射机的输出频率。

输出功率与谐波是指本振的功率输出以及谐波失真。发射机的信号是由基带信号与本振信号混频产生的，所以本振信号功率大小与谐波失真跟发射机的输出信号质量有重要关联。

单边带相位噪声是衡量频率源稳定度和最常用的表征相位不稳定度的参数。在无线应用中，相位噪声是频率合成器的关键性能参数，RF系统设计均需要低噪声本振信号，而相位噪声会引起收发器的RMS相位误差。

杂散是指和输出信号没有谐波关系的一些无用谱。它在频谱上可能表现为若干对称边带，也可能表现为存在于信号频率谱线旁的非谐波关系的离散单根谱线，这谱线的幅度一般都高于噪声，通常用与载波频率成非谐波关系的离散频谱功率和载波功率之比来表征PLL(锁相环)的杂散性能。

注入锁定是指信号干扰的频率在振荡器振荡频率附近時，振荡频率会在一定条件下锁定在干扰频率上。由于LTE基站发射机多个通道间采用各自独立的本振信号，因此注入锁定用于测试各个通道本振信号之间的相互干扰。

上述这些指标，频率失锁将导致发射机无法正常工作，谐波过大将会导致互调失真，相位噪声和杂散则是表征本振信号纯度的主要参数，而注入锁定为本振信号间的干扰主要参数。

3主要测试设备

频率范围、输出功率与谐波主要通过频谱仪来完成。这里以罗德与施瓦茨公司的FSV信号分析仪为例，FSV在电平测量精度方面首屈一指，在7GHz下只具有0.4dB的测量不确定度，可提供精准、可靠的测量结果。这也意味着它能以高精度测量5.8GHz ISM波段以及卫星波段下的电平，而在许多情况下这需要使用一个额外的功率计。

单边带相位噪声、杂散、注入锁定用信号源分析仪测试。应该指出，不同场合对相位噪声的要求不同，测量方法也不同。直接用频谱仪测相位噪声的方法较为简易，也是广泛应用和十分有效的方法。但是由于受频谱仪底噪、动态范围、滤波器等限制，其测量性能受限，一般用于测量相位噪声指标不是很高的频率源的相位噪声。而在本文测试中，LTE基站发射机对LO指标要求严格，远远超出频谱仪所能达到的能力。因此信号源分析仪是更好的选择，本文的测试以安捷伦E5052为例。安捷伦E5052A信号源分析仪和E5001A SSA－J抖动分析软件可为時钟抖动提供分辨率达到飞秒级的抖动分析能力。E5052A／B的抖动测量分辨率极高，本底噪声超乎寻常地低，在10Gbps速率处随机性抖动的本底噪声只有几个飞秒的量级。E5052A／B有一个非常纯净的内部参考時基，同時因为它对相位噪声的测试是在已经没有大载波信号的基带上进行的，因而可以保证很宽的动态范围。

4测试方法与实例

频率范围：在本振信号工作频带范围内改变发射机当前工作频率，然后通过频谱仪观察锁相环是否锁定以及频率是否正常。

输出功率与谐波：用功率计或者频谱仪观察输出功率是否正常，以及本振信号的各个谐波是否在指标之内。图1是用FSV谐波测试功能的测试结果。

单边带相位噪声：用信号源分析仪直接读出测试相位噪声。图2是E5052A测试结果。

杂散：用相位噪声测试仪和频谱仪测试杂散。可以用E5052A功能直接读出，E5052A频带外用频谱仪测量。结果如表1：

注入锁定：让各路本振信号工作在相同和不同频率，然后用相位噪声测试仪分别测试各个本振信号输出，观察相互间影响，尤其是相邻通道间的相互影响，以防止各个通道之间泄漏使得相位噪声增加。

5结论

本振信号测试是LTE基站发射机研发的重要环节，本振信号的质量关乎发射机的整体性能。在测试本振信号指标的時候，必须充分考虑到本振信号与测试系统的影响，一旦在测试过程中发现问题，应该对测试数据有个合理的分析以查出原因。由于LTE本振性能指标的要求严格，如何改善测试系统的性能及误差也是研发测试所要评估的一项重要指标。希望本文介绍的本振信号的测试方法，能够对LTE基站发射机研发测试及调试有所帮助。