采用新型通信分析仪缩短W-CDMA信号的观测时间

W-CDMA信号的“超级帧”持续时间为720毫秒，传统的扫频分析仪需要多次采集才能将不同频段的数据积累起来进行测量，要观测一个完整的W-CDMA呼叫进程相当费时费力。本文介绍的新型通信分析仪具备独特的触发方式、多域显示功能、深长的数据采样和存储能力以及一键式标准转换功能，解决了无线测量工程师在缩短测量时间、降低成本和提高生产率等问题上面临的挑战。

新一代W-CDMA测试和测量工具的出现，为工程师解决3G标准带来的问题提供了新的测量手段，在这些工具当中有：信号发生器、解调器和频谱分析仪。新一代解决方案的一个重要特点是其强调成本有效性。工具是当作个人台式仪表来使用的，而不是研发实验室里共享的资源，这就能够把更多的仪器交到更多工程师手中，从而支持有效的并行开发过程。本文中我们将沿着一个测试流程来看一个设计人员是怎样应用频谱分析仪来调试和验证W-CDMA手机。

在做好一个新样品时，工程师把手机放到一种连接到担当基站的传输/接收源的测试架上。具有数字解调功能的频谱分析仪(在某些情况下是两个频谱分析仪)介于模拟基站和手机之间。测试开始时，该仪器应具备如下功能：
1、采集、监测和触发开始呼叫引起的握手(手机)信号；
2、同步采集上行和下行数据流；
3、捕捉W-CDMA呼叫设置程序；
4、协助工程师解释频域、时域、代码域和调制域。

模拟基站扮演RF链路上承载呼叫数据的“公认良好”的发射机和接收机。该测试过程的关键工具是频谱分析仪，如果配备有合适的功能，它就能协助工程师实现快速测量和分析。 

检测PRACH信号 

物理随机存取通道(PRACH)信号是手机发出的请求识别信号。它告诉基站手机在试图建立链接。PRACH信号在时间上随机出现，测量工程师要想在频谱分析仪上设定一个触发点以期捕捉PRACH信号是不切实际的。除非该信号确实有明显的频率和振幅特征让仪器检测出来--如果测试平台允许测量工程师对频率和振幅特征进行编程的话。 

目前，一种新的称作频率掩模触发(frequency mask trigger)的频谱仪功能就能解决上述问题，这种特别触发功能建立一个独立的、具有频率和幅度分界线的检查“视窗”，如图1所示。 

你可将选定频段范围内的振幅大小设置为低(或高)于围绕被选定频段的其它频段内的振幅大小。只有穿透“掩模区域”的峰值才能触发仪器，不能穿透“掩模区域”的信号则被排除掉，因此，采用频率掩模触发功能就可以检测PRACH信号，并采集手机和基站之间的RF通信量。 

在上述步骤中，PRACH信号触发监测手机上行传输的频谱分析仪。一旦该触发被仪器，就容易将同一触发信号输送到正在监测下行信号的第二个频谱分析仪。用这两个分析仪就能同时观测手机和基站之间所有的交互作用。这样可以减少测量步骤，保证测量与时间的相关性，缩短测量时间。

捕捉W-CDMA信号的过程

W-CDMA信号时隙是666.7毫秒；全序列(“超级帧”)持续时间为720毫秒。不幸的是，传统的(扫频)分析仪一次只能检测和捕捉持续时间为若干毫秒的信号和数据。大多数频谱分析仪首先捕捉窄频带内的振幅信息，然后，通过将测量通道依此调整到连续递增的其它频段，可以将不同频段的数据积累起来。测量结果显示了对各个窄频段顺序采集之后得到的总的测量结果。采用这种技术，不可能在一次扫描中采集一个完整的W-CDMA呼叫设置过程；即使能，采集过程也很慢。 

幸运的是，目前已经可以找到能在5MHz跨度捕捉10秒数据的通信分析仪器，并且在一次采集中能够无缝地覆盖整个频率范围。10秒时间间隔足以捕捉一系列完整的W-CDMA超级帧和大量的前后触发时间，这样，评价一次捕捉下来的几个超级帧，要比观测该序列的若干孤立部分，要更快和更方便。观测数据包括整个呼叫建立过程的好处在于，你可以观测预定发生的事件，它是协议内容的一部分，也可以观测突发事件，两者都能够从呼叫进程中被观测到。

相对大多数分析仪而言，长采集的存储深度要深得多，否则无法存储数据。新一代通信分析仪具有256Mb的快速RAM存储器，足以在5MHz的跨度内支持10秒的捕捉，或在更窄的跨度内支持更长的捕捉。

深存储捕捉能力的价值在于：由于仪器只要一次测量就完成了数据采集，它比常规分析仪完成一次测量所需要的时间短得多。一旦数据被存储起来，测量工程师无须重新捕捉信号，就能对感兴趣的部分进行放大和测量。在做上百个测试时，这项功能可以大幅度缩短开发时间。

为了满足现有和将要出现的标准的要求，在通信分析仪中可以预先写入自动化测试程序。这些程序进一步提高了测量工程师的生产率，将测试人员从复杂的测试设置和仪器操作中解放出来。其中许多自动化程序只要按一个键就能进行深奥的RF测量和代码域分析。

信号分析

上面我们讨论了采集传输信息的过程，分析数据最有效的工具是频谱图，它可以明了地观测W-CDMA信号并分析更多详细的信息。

频谱图包含三维信息：频率(X 轴)、时间(Y轴)和功率。功率轴以彩色表示。信号偏差(如果存在的话)以缝隙、瞬态特性和色彩(功率)的变化来表示。频谱图揭示了W-CDMA和其它扩谱信号。图2是PRACH引导符和PRACH消息部分的实际频谱图。频谱图汇集了关于信号的大量数据，分析仪将采集到的数据记录下来，使测试工程师能够放大和分析感兴趣的那部分信号。 

如上所述，长采集包含了丰富的时间和频率特性信息，由它可以生成频谱图中任何区域的星座、时间与振幅，频率与振幅、相位域，代码域功率和调制精度的显示图。有些分析仪可使用这个数据来形成一个多域视图，通过它们来说明呼叫进程的整个过程。

在多域视图上，时间、频率和解调数据都与时间相关。这就是说，多域视图上一个窗中选定的点，相当于其它格式中时域显示的同一片段。例如，把光标指向频谱图，就能在其它任何一个窗口中观测到调制精度(误差矢量的幅度)或者属于同一时刻的星座图。图3所示为典型的多域视图。

利用存储在分析仪中详细的频点数据，可以前后层叠的显示方式，像动态的“瀑布”那样显示多条频率与振幅轨迹(图4)。这就容易观测瞬态和振幅变化，特别是当频谱分析仪连续更新瀑布的时候。尽管有些扫频频谱分析仪能形成瀑布状的图形，它们还是受制于其“单步”采集功能，其图形是静态图。 

最后，编码图显示功能是当今一些领先的分析仪节省测量时间的有效手段。这种显示方式给出了代码时隙和码分多址技术(如W-CDMA)的功率。测量工程师看一眼就能描绘出代码的上行或下行特征。

作者：Koichi Sega
产品经理
Tektronix公司
Email: koichi.sega@tektronix.com