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现代通信系统中获取精确功率测量的有效方法

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在LTE和WiMAX测试系统中，信号统计内容的有效捕获有利于避免由于部件无法控制高波峰因数信号所引起的失真。由于对更高数据速率和更快信号传输的需求日益增长，测量所面临的挑战包括更高带宽、更快上升和下降时间的信号的捕捉，这两项指标是今天的功率测量工具应具备的关键功能。本文介绍了通信系统的功率测量的简史，对现代通信系统进行精确功率测量的重要考虑因素，以及功率计的最新进展如何帮助我们高效完成功率测量任务。

蜂窝和无线技术在通信领域中的日渐融合使功率测量变得愈加复杂，尤其是对RF突发信号和复杂调制信号而言。过去，功率测量的要求非常简单。对第1代的模拟信号来说，仅需测量平均功率。随着2G通信系统的出现，时分多址信号单时隙的功率测量可通过测量周期信号的平均功率值除以信号的占空比来获得。

CDMA系统源于2G/3G技术，而LTE和WiMAX则刺激了正交频分多址(OFDMA)系统的发展。越来越多的信道被合并成一个信道以获得更高的峰均功率比或波峰因数，通信格式也因此变得更为复杂了。人们现在对功率测量工具寄予了更高的期望，而不只限于传统的平均功率测量了。现代功率测量工具需要能够根据实际的任务捕获随机峰值偏移、快变信号的细节、峰均功率比和其他的信号统计特征。

视频带宽规格对峰值功率测量的影响

除了诸如失配、线性度和不确定度等规格外，视频带宽也是选择功率测量工具时需重点考虑的。为了了解视频带宽规格对功率测量的影响，我们设想有一个由同幅度的、频差为1MHz的两个RF音调组成的信号，其功率包络由1MHz的正弦波叠加在平均功率上；它的平均功率是每个音调的功率之和，而峰值功率是平均功率的两倍，因此这个正弦波是从零到两倍平均功率之间摆动。由于信号的峰均比是3dB，当使用二极管检波器测量该信号时，会产生一个与平均功率对应的直流成分和一个与1MHz正弦波对应的1MHz成分。

任何视频带宽的波动会直接影响到峰值功率的测量，而对平均功率的测量无任何影响。如果功率计的视频带宽在1MHz处具有3dB带宽，则正弦波音调将衰减到所期望信号幅度的一半。在这种情况下，尽管功率测量工具能相当精确地测量出平均功率，但是在峰值功率的测量中却存有1.24dB的误差(图1)。

图1：峰值功率计的视频带宽不足会导致峰值功率测量结果不准确。

上升和下降时间规格对捕获快变脉冲信号的重要性

诸如EDGE、WiMAX和WLAN等RF突发型信号来说，上升和下降时间测量是至关重要的。为了实现精确测量，功率测量工具的上升/下降时间规格至少应为信号上升/下降时间的八分之一。

然而，仅仅只是测量平均功率的话，则功率测量工具的上升/下降时间只需与信号的上升/下降时间接近即可。这可以通过在信号达到其脉冲顶部时延迟工具的门控测量来获得。

减少功率测量中的噪声影响

功率测量工具的噪声会影响测量结果的精确性，尤其是在低功率水平时。在平均功率测量中，可以通过多次平均来减少噪声变量。然而，由于信号的随机峰值特性，并不能将此应用到峰值功率的测量。

在这种情况下，功率测量工具的带宽需略大于信号带宽，从而限制进入到数字信号处理电路中的噪声，同时可最大化动态范围与减少不确定度。今天的功率测量工具一般可提供可调视频带宽以满足不同的被测信号。例如，P系列功率计允许WiMAX或WLAN信号测量的带宽调节到30MHz，也允许WCDMA信号测量将带宽调节到5MHz。

功率计和传感器的新进展

数字化技术的飞速发展以及功率测量工具的处理功率和存储容量的增加，使今天的功率计和传感器增添了许多新的功能。过去，只有昂贵的频谱分析仪拥有诸如互补累计失真函数(CCDF)等信号统计分析功能。

CCDF曲线表明无线信号在特定功率水平上占用的时间百分比。CCDF的曲线分析有助于研发工程师观察不同调制格式的影响，并确保系统器件能经受住高峰值功率测试信号。现代功率计一般具备CCDF测量功能，其相对频谱分析仪的该功能而言具有更快的速度和可重复的特点。

现代功率计的另一个新特征是能够实现“内部调零和校准”，在具有外部校准源进行校准时就免除了执行多次连接和断开操作的需要。该新特征开创了基站发射器测量和天线输出功率监控的新途径。应用于后者的功率计和传感器可置于天线架的顶部，并可与天线终年接触直至每年的校准期为止。功率计与LAN的连接还能使工程师坐在控制室就可以方便地进行远程测量。此外，也可以通过更多的紧凑型USB功率传感器/测量计来启动功率测量，而无需使用功率计进行测量。由于使用USB供电，这些传感器/测量计能提供简易的仪器安装以及灵活并可携的测量方式。

一些现代功率计都配带有应用软件以增加功率计的信号监控和分析能力。其他的能力包括针对历史数据分析的数据记录、在屏幕上查看多个信道、多种显示格式以及先进数学与统计功能(图2)。

图2：带有先进应用软件的现代功率计进一步提高了功率计的功能。