杜 垚

（中電科思儀科技股份有限公司，山東 青島 266555）

0 引言

頻譜發(fā)射模板測(cè)量包括帶內(nèi)和帶外的雜散發(fā)射，可以非常直觀地觀察和判斷信號(hào)的雜散分量是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，是表征無(wú)線發(fā)射機(jī)射頻特性的一個(gè)重要參數(shù)。該項(xiàng)指標(biāo)用于檢驗(yàn)發(fā)射機(jī)是否在工作頻段產(chǎn)生非期望發(fā)射，避免對(duì)其他頻譜造成干擾。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，為了提高傳輸速率和系統(tǒng)容量，更好地支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及大規(guī)模組網(wǎng)能力，移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)始向多載波方向進(jìn)行增強(qiáng)和演進(jìn)[1]。因此，相較于標(biāo)準(zhǔn)的單載波信號(hào)測(cè)試，針對(duì)多載波信號(hào)的頻譜發(fā)射模板測(cè)量功能需求越來(lái)越廣泛。目前，國(guó)外主要電子測(cè)量?jī)x器廠商的頻譜分析儀產(chǎn)品均已支持獨(dú)立的多載波頻譜發(fā)射模板測(cè)量功能，對(duì)發(fā)射機(jī)射頻一致性測(cè)試更加完善。在快速響應(yīng)市場(chǎng)及技術(shù)發(fā)展需求的同時(shí)，相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也得到提升。

1 實(shí)現(xiàn)原理

頻譜分析儀整機(jī)采用超外差式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可劃分為微波變頻單元、中頻信號(hào)處理單元、頻率合成單元以及控制接口單元[2]。微波變頻單元實(shí)現(xiàn)射頻輸入到中頻輸出的變頻和濾波[3]。中頻信號(hào)處理單元涵蓋模擬中頻和數(shù)字中頻。模擬中頻部分完成微波變頻單元輸出的中頻信號(hào)到最后一級(jí)采樣中頻信號(hào)的變頻、濾波處理。數(shù)字中頻完成中頻檢波、視頻濾波以及視頻檢波等處理[4]。頻率合成單元生成各級(jí)混頻所需的電頻信號(hào)。控制接口單元完成參考信號(hào)、中頻信號(hào)等本機(jī)信號(hào)輸出。

頻譜分析儀各測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)均基于統(tǒng)一的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)和“插件+分層”的軟件架構(gòu)，針對(duì)不同的測(cè)量功能，設(shè)計(jì)不同的掃描測(cè)量流程及測(cè)量結(jié)果呈現(xiàn)方案[5]。

頻譜分析儀整機(jī)軟件的混合式架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)層、框架層及插件層，各層相互獨(dú)立。系統(tǒng)層依賴軟件運(yùn)行的操作系統(tǒng)，向框架層操作系統(tǒng)級(jí)服務(wù)，包括系統(tǒng)資源、系統(tǒng)應(yīng)用、總線驅(qū)動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)資源等?？蚣軐由绍浖鞒绦?，提供插件管理、線程管理、任務(wù)管理、插件服務(wù)及功能控制等服務(wù)。框架層不涉及具體的業(yè)務(wù)功能，業(yè)務(wù)功能由插件層提供。插件層提供多個(gè)互相獨(dú)立的插件，包括基礎(chǔ)插件和業(yè)務(wù)功能插件。其中，基礎(chǔ)插件提供了視圖顯示、數(shù)據(jù)計(jì)算及遠(yuǎn)程控制等基礎(chǔ)功能，提供給業(yè)務(wù)功能插件使用。業(yè)務(wù)功能插件提供具體的業(yè)務(wù)功能，如圖1 所示。

圖1 頻譜分析儀軟件架構(gòu)

頻譜分析儀整機(jī)軟件功能主要包括插件管理功能、界面顯示功能、任務(wù)管理功能、遠(yuǎn)程控制功能、系統(tǒng)管理功能、流程管理功能以及測(cè)試功能。插件管理功能主要負(fù)責(zé)插件的加載，提供插件信息顯示；界面顯示功能主要負(fù)責(zé)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)輸出、顯示，包括基本的軌跡數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果匯總表等；任務(wù)管理功能主要負(fù)責(zé)各功能插件的創(chuàng)建、刪除及修改；遠(yuǎn)程控制功能通過(guò)GPIB、USB 和LAN 等網(wǎng)絡(luò)通信方式，使用戶以標(biāo)準(zhǔn)SPCI 指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制儀器；系統(tǒng)管理功能主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)級(jí)功能管理，包括系統(tǒng)信息顯示、儀器錯(cuò)誤信息管理、儀器幫助信息以及打印輸出等功能；流程管理主要負(fù)責(zé)對(duì)儀器任務(wù)管理消息的路由管理，對(duì)不同的消息進(jìn)行分發(fā)處理；測(cè)試功能主要實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)試功能業(yè)務(wù)邏輯。

2 關(guān)鍵參數(shù)配置與算法

2.1 關(guān)鍵參數(shù)配置

頻譜發(fā)射模板包含一個(gè)參考信道（即攜帶載波信息的信道）和多個(gè)偏移信道。每一個(gè)信道都可以單獨(dú)設(shè)置起始頻率、終止頻率、分辨率帶寬、視頻帶寬、掃描時(shí)間、衰減器、參考電平、前置放大器、絕對(duì)功率限定值、相對(duì)功率限定值以及功率限定模式等測(cè)量參數(shù)。上述參數(shù)在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的3GPP 協(xié)議中都有標(biāo)準(zhǔn)定義，信號(hào)分析設(shè)備整機(jī)中預(yù)置了部分標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的xml 文件，在選擇對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議時(shí)，信道對(duì)應(yīng)的參數(shù)都會(huì)自動(dòng)加載，也可以手動(dòng)修改指定參數(shù)定義。除預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議xml 文件，頻譜發(fā)射模板也支持用戶自定義的xml 文件，但要求xml 文件格式必須與整機(jī)中預(yù)置的xml 文件格式保持一致，否則無(wú)法生效。

頻譜發(fā)射模板使用功率閾值來(lái)判定信道的測(cè)量結(jié)果（軌跡數(shù)據(jù)）是否超限。功率閾值通常分絕對(duì)功率限定值和相對(duì)功率限定值兩種。絕對(duì)功率限定值的單位是dBm，相對(duì)功率限定值的單位是dBc，是偏移信道峰值功率相對(duì)于參考信道的參考功率值。參考信道的參考功率值分為積分功率參考和峰值功率參考兩種。在視圖顯示中，通常以冷色調(diào)代表絕對(duì)功率限定值形成的軌跡線，以暖色調(diào)代表相對(duì)功率形成的軌跡線。

判定偏移信道功率是否超限，還需要根據(jù)當(dāng)前信道的功率限定模式做判斷。功率限定模式分為絕對(duì)限定、相對(duì)限定、絕對(duì)與相對(duì)限定以及絕對(duì)或相對(duì)限定，如表1 所示。

表1 信道功率判定規(guī)則

多數(shù)情況下，頻譜發(fā)射模板多個(gè)信道的多數(shù)參數(shù)設(shè)置（起始頻率、終止頻率除外）相同。為了提高頻譜發(fā)射模板測(cè)量速度，可以將多個(gè)信道合并為一個(gè)信道掃描。這種合并信道測(cè)量的方式需要滿足以下條件：

（1）信道之間必須是連續(xù)的，不能有間隙；

（2）信道的測(cè)量參數(shù)，包括分辨率帶寬、視頻帶寬、掃描時(shí)間模式、參考電平值、衰減器模式及前置放大器狀態(tài)必須相同；

（3）合并信道測(cè)量只適用單子塊測(cè)量，當(dāng)有多個(gè)子塊定義時(shí)，該測(cè)量方式無(wú)法生效。

2.2 多子塊間交疊信道功率門限判定

由于頻譜發(fā)射模板每個(gè)子塊中的限定模板相互獨(dú)立，那么在相鄰子塊出現(xiàn)信道交疊（子塊中參考信道不允許交疊）情況時(shí)，就需要確定子塊間交疊信道的限定功率該如何計(jì)算。參考信道包含有效載波信號(hào)，不需限定參考信道功率，因此不考慮參考信道的判定方式。對(duì)于其他的偏移信道，只有相鄰子塊間的限定功率才是有意義的。換言之，如果限定功率定義范圍覆蓋多個(gè)子塊，只有對(duì)應(yīng)子塊與其相鄰子塊間的信道限定功率起作用，如圖2所示。

圖2 多子塊間交疊信道功率門限判定

信道功率限定方式共有3 種，分別是無(wú)、最大值以及線性和。參考信道不需執(zhí)行功率限定，因此參考信道限定通常為“無(wú)”；“線性和”限定取兩個(gè)限定值的線性和為最終的限定功率；“最大值”限定取兩個(gè)限定值中的最大值為最終有效限定功率。假設(shè)子塊2 的信道A 與子塊3 的信道B 發(fā)生交疊且落在圖2 中“有效限定”（藍(lán)色部分）區(qū)域，那么信道A 與信道B 的功率限定方式和限定功率則由信道A 與信道B 限定方式組合確定。

如果信道A 限定方式為“最大值”限定，信道B 限定方式為“最大值”限定，則最終的限定功率為信道A 和信道B 中的限定功率最大值。

如果信道A 限定方式為“最大值”限定，信道B 限定方式為“線性和”限定，則最終的限定功率為信道A 和信道B 中的限定功率最大值。

如果信道A 限定方式為“線性和”限定，信道B 限定方式為“線性和”限定，則最終的限定功率為信道A 和信道B 中的限定功率線性求和。

如果信道A 限定方式為“無(wú)”限定，信道B 限定方式為“線性和”或“最大值”限定，則最終的限定功率為信道B 中的限定功率值。

如果信道A、信道B 均為“無(wú)”限定，最終的限定功率則取決于交疊信道與兩個(gè)子塊中間頻率的相對(duì)位置：

（1）若交疊信道完全小于中間頻率，則使用左側(cè)子塊限定功率值；

（2）若交疊信道完全大于中間頻率，則使用右側(cè)子塊限定功率值；

（3）若交疊信道跨越中間頻率，將交疊信道重新劃分成兩個(gè)新的子范圍，左子范圍使用左側(cè)子塊限定功率值，右子范圍使用右側(cè)限定功率值。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)頻譜分析儀中的多載波頻譜發(fā)射模板測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了多載波頻譜發(fā)射模板測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)和原理，并給出了關(guān)鍵算法的實(shí)現(xiàn)步驟。通過(guò)在頻譜分析儀中多載波頻譜發(fā)射模板測(cè)量功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，不僅擴(kuò)展了頻譜分析儀的基本測(cè)試能力，而且給數(shù)字信號(hào)發(fā)射機(jī)的指標(biāo)等測(cè)試提供了便捷直觀的測(cè)量途徑。