分析数字微波传输设备IDU测量解决方案

　　1 引言

　　微波通信技术利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于各种专用通信网。 我国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段，K频段的应用尚在开发之中。 由于微波的频率极高，波长又很短，共在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。

　　近年来我国开发成功点对多点微波通信系统，其中心站采用全向天线向四周发射，在周围50公里以内，可以有多个点放置用户站，从用户站再分出多路电话分别接至各用户使用。其总体容量有100线、500线和1000线等不同的容量的设备，每个用户站可以分配十几或数十个电话用户，在必要时还可通过中继站延伸至数百公里外的用户使用。这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用，较为经济。

　　罗德与施瓦茨公司是欧洲的电子测量仪器生产厂商，一直活跃在测试与测量、信息及通信技术领域中。信号源能够产生配置灵活的任意矢量调制信号，频谱仪可对任意矢量调制信号进行调制域、频域、时域测量分析，矢量网络分析仪可对IDU和ODU进行端口驻波测试等，功率计可对IDU和ODU的输出功率进行测试。

　　2 数字微波室内单元IDU测试仪器介绍

　　R&S提供了一系列的仪器以满足不同的IDU测试需求，本文中提到的测试仪器，包括信号产生方案和信号分析方案（见表1和表2）。

　　3 数字微波传输室内单元IDU测试解决方案

　　产品研发到生产的过程中，测试也可不同。在产品研发过程中，器件和模块都需要进行测试，主要侧重产品的性能好坏及扩展功能测试；在产品生产过程中，主要侧重速度及稳定性。相对于这些不同的测试阶段，R&S均提供了相应的测试解决方案。

　　（1）R&S提供了SMU200A＋FSQ/FSG+ZVB+NRP的研发测试解决方案

　　SMU200A可内置两路独立的信号源，其中一路用于产生有用信号，另外一路则可以产生规范定义的各种干扰信号。频谱仪FSQ具备同类产品中的动态范围，对杂散测试和ACLR测试是非常重要的。而FSQ的矢量信号分析模式则可对信号进行IQ域的分析，便于研发阶段定位和故障分析。SMU200A+FSQ是业界所能提供的紧凑、强劲的研发测试解决方案。

　　（2）R&S提供了SMBV100A+FSV/FSL+ZVL+NRP的IDU生产解决方案

　　生产解决方案是综合考虑了系统测试项目、测试速度、可靠性、数据一致性和成本节约的解决方案，即SMBV100A+FSV/FSL+ZVL+NRP，适合室内单元IDU，室外单元ODU及天线等一系列网络设备在内的测试需求。帮助客户迅速地建立满足要求的生产线。

　　针对数字微波室内单元IDU主要采用透明传输方式，R&S提供标配功能的任意矢量调制信号产生和信号分析的K70选件，下面简单介绍此功能。

　　●任意矢量调制信号的产生（见图1）

　　图1 Custom Digital Modulation Setting

　　在SMx内部可产生任意矢量调制信号，目前可支持调制类型参见表3。

　　从这些配置来看，SMx所能支持的调制方式已高达1024QAM，基本可以满足所有使用透明传输的用户；另外，SMx还可以支持I和Q数据偏移设置，进行IQ损伤模拟。例如，可以设定IQ相位偏移和IQ正交偏移等，方便用户进行基带研发。

　　●WinIQSIM软件

　　WinIQSIM是R&S公司开发的运行在PC机上的模拟软件，它可以通过GPIB卡对信号源产生的信号进行灵活配置，支持GSM，IS-95，cdma2000，WCDMA，TD-SCDMA，WLAN802.11等各种数字标准信号，同时也支持任意矢量调制信号的配置。

　　●任意矢量调制信号的分析FS-K70

　　随着电力行业的发展和微机综合自动化产品的推广应用，保护回路和计量回路的接线正确与否直接影响到电力系统工作的稳定性和电费计量的准确性，而这两点正是电力系统非常重要的两个方面。由于保护装置和高压计量装置的接线比较多，容易造成错误接线，而又不易被察觉，（尤其是差动保护的复杂接线，有时高低侧同时引入，又存在不同的联结组别，极易接错，而在平时运行中又可能不会误动或拒动，存在很大的隐患）。本公司根据现场测试需要，适时开发出多向量谐波分析仪。它集多功能于一身，即可做相位仪校验主变差动保护和母线差动的正确性，又可作为电力谐波测试仪测试电力系统必要的参数，还可用做三相三线电能计量接线检测仪器。可同时测量3路电压和6路电流模拟量，仪器首创9通道矢量同屏显示，人机对话界面友好，使用简便，大大方便了现场使用，是电力工作者的得力助手。

　　R&S 矢量分析仪FSQ/FSG/FSV/FSU等都具有任意矢量信号分析功能，以FSQ为例，FSQ具有标准28MHz 解调带宽，经扩展后可宽达120MHz，IQ 采样点存储深度高达705M，分析过程采用数字信号处理器硬件直接完成。其FS-K70及扩展解调带宽功能原理框图参见图2。

　　图2 FSQ-K70选件原理框图

　　选件FSQ-K70 可以对各类数字调制信号进行分析，如MSK，PSK，QAM等调制方式，获得分析结果。例如，EVM，频率误差，相位误差，IQ不理想性，眼图等，具体参见图3。测试结果参见图4。

　　

图3 FS-K70测量显示窗口

　　图4 FS-K70测量结果显示

　　4 系统性能测试

　　在实际环境中，数字微波传输收发信机受到无线传播信道非常大的影响。在很长一段时间里，对于数字微波传输设备在实际环境中的性能测试大多是到现场进行测试，这种做法的缺点就是成本太高。（见图5）。

　　图5 数字微波传输无线信道模型

　　R&S的双通道信号源SMU200A由于可以模拟多径衰落及高斯白噪声的影响，因此可以解决数字微波IDU在实际环境应用中可能会出现的因素，例如衰落、多普勒效应、时延、损耗等。换句话说，需要采用无线信道模拟器来实现以上各类效应来进行测试，测试装置及框图参见图6。

　　图6 SMU200A和FSQ形成的方案

　　对于该测试，R&S 推荐的测试方案为采用SMU200A+FSQ 实现的射频衰落模拟器：

　　●SMU200A ：矢量信号源 （SMU-B14 ：衰落模拟器；SMU-B17 ：基带输入）。

　　●FSQ ：信号分析仪 （FSQ-B17 ：数字基带接口）。

　　在此方案中，R&S测试平台不仅可以完成衰落模拟的试验，同时也可以进行高斯白噪声AWGN的模拟，简化数字微波传输设备IDU的C/N和BER测试，具体参见图7。

　　图7 SMU200A进行BER~C/N测试方框图

　　5 数字基带测试

　　数字基带信号， 是信源发出的、未经调制或频谱变换、直接在有效频带与信号频谱相对应的信道上传输的数字信号，是消息代码的电波形，是用不同的电平来或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的类型很多，常见的有矩形脉冲，三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换。

　　在研发阶段，为了保证各级电路的功能和性能符合设计要求，分级测试是必要的。数字电路是数字微波室内单元信号处理的部分之一，数字微波传输设备的配置、编程、组网以及通信能力很大程度上取决于数字部分。因此，对数字电路部分进行测试是必不可少的。

　　作为欧洲的无线电测试、测量仪器制造商，罗德与施瓦茨公司对各种不同通信标准基站的射频测试都拥有丰富的实际经验，罗德与施瓦茨公司全系列的高性能仪表在基站、终端研发和生产中得到了广泛应用。目前，R&S推出的EX-IQ-Box设备可以提供灵活的数字接口输入和输出功能，能方便连接到R&S的信号源和信号分析仪上，可进行接收机测量、发射机测量、信号源仿真及射频前端模拟等功能。

　　通常，对发射部分数字电路测试时，会直接对电路输出数字IQ 信号进行测试，分析其调制质量，如EVM；对接收部分数字电路测试时，会直接对其输入数字IQ信号进行接收性能测试，也可以在源部分加入噪声与衰落效应，进一步进行测试（见图8）。

　　图8 数字基带测试平台

　　根据以上要求，R&S 推荐的测试方案为：

　　●SMU200A：矢量信号源。

　　●FSQ：矢量信号分析仪。

　　●EX-IQ-Box：数字IQ 信号格式转换器。

　　矢量信号发生器R&S SMU200A设计用于满足现代通信系统的研发和生产的所有要求，R&S SMU200A不仅将两个独立的信号发生器集成到一个仅有4U高度的机壳中，还提供了无与伦比的射频与基带性能。

　　因为采用模块化设计，R&S SMU200A能够满足不同应用的要求。个RF通路可有四种频率选择，频率上限分别为2.2 GHz / 3 GHz / 4 GHz/6 GHz。另外，第二个RF通路可选择上限频率为2.2 GHz 或3 GHz。所有的下限频率均为100 kHz。

　　基带部分多可以安装两个基带发生器，它们实时地产生各种复杂信号，并且还安装了一个存储量高达64 MSamples的任意波形发生器。不同基带产生的信号可以叠加在一起，而且可设置频率偏移。

　　R&S SMU200A具有现代、直观的操作理念，操作起来快速、简单。