（通信与信息系统专业论文）wcdma终端射频一致性测试的设计与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 w c d m a 在我国已经进入正式商用阶段。随着市场对w c d m a 终端需求量 的迅速增长，必然会带来对终端测试仪的迫切需要。射频一致性测试作为终端 测试的核心和关键，其研发工作尤为重要。 作者在硕士期间参与了w c d m a 终端测试仪的研发工作，该测试仪主要用 于w c d m a 终端的研发和生产测试，具备w c d m a 系统模拟器、w c d m a 宽 带矢量调制信号发生器、射频信号分析仪的功能。仪器的总体设计基于虚拟仪 器的架构，算法的开发基于虚拟仪器软件l a b v i e w7 1 。虚拟仪器是测试技术领 域的新技术和发展方向，它结合了模块化硬件、开发软件和p c 技术，使用户可 以通过软件来建立自定义的仪器。在项目中作者主要负责w c d m a 信号测试算 法的开发工作，研究3 g p pt s3 4 1 2 1 协议中相关测试项目的测试定义与需求， 实现发射机测试项目完整的方案制定和算法仿真。 论文重点讨论了w c d m a 终端测试仪射频一致性的设计与实现过程，主要 内容如下： ( 1 ) 介绍了w c m d a 系统的发展情况和技术特点，以及国内外w c d m a 终端测试仪的发展现状与趋势。 ( 2 ) 分析了w c d m a 终端测试仪的功能需求，提出基于虚拟仪器的终端测 试仪的设计方案，并给出测试仪所采用的硬件和软件结构。 ( 3 ) 对射频一致性测试所需要的w c d m a 物理层知识进行了描述，详细说 明了w c d m a 信号扩频调制的过程。并且对测试算法设计需要用到的功率谱估 计、频率偏差估计方法进行分析，为实现各测试指标做准备。 ( 4 ) 研究3 g p pt s3 4 1 2 1v 4 0 0 测试协议的相关规定，对各个测试项定义、 测试意义和测试要求展开详细讨论，在此基础上给出了具体的测试算法及实现 方案。 ( 5 ) 通过虚拟仪器软件l a b v i e w7 1 对各个测试算法加以实现，模拟终端 测试环境，对部分测试项目进行了验证，给出了测试结果。 本文论述的内容已应用到w c d m a 终端测试仪的设计与实现之中。目前， 测试算法已通过实验室测试阶段，测试结果表现稳定，能够满足终端射频一致 性测试的需求。 关键词：w c d m a 射频一致性终端测试虚拟仪器 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w c d m ah a sa l r e a d ye n t e r e dt h ef o r m a lc o m m e r c i a ls t a g ei nc h i n a a st h e m a r k e td e m a n df o rt h ew c d m at e r m i n a l sg r o w i n gr a p i d l y , i tw i l li n e v i t a b l yb r i n g a b o u tt h eu r g e n tn e e dt ot e r m i n a lt e s ts y s t e m r fc o n f o r m a n c et e s t i n ga st h ec o r ea n d k e yt e r m i n a lt e s t ，i ti se s p e c i a l l yi m p o r t a n tf o ri t sr e s e a r c h i n ga n dd e s i g n i n g t h ea u t h o rt o o kp a r ti nt h er e s e a r c h i n ga n db u i l d i n gu po fw c d m at e r m i n a lr f c o n f o r m a n c et e s ts e t 1 1 l et e s ts e ti sm a i n l yu s e df o rw c d m at e r m i n a lr & da n d p r o d u c t i o nt e s t i n g ，w h i c hi n t e g r a t e sa n da c h i e v e st h ef u n c t i o n so fw c d m as y s t e m s i m u l a t o r , b r o a d b a n dv e c t o rm o d u l a t i o ns i g n a lg e n e r a t o ra n dr fs i g n a la n a l y z e r t h e a r c h i t e c t u r eo ft e s ts e ti sd e s i g n e db a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n _ t ，a n dt h ea l g o r i t h mi s d e v e l o p e do nv i r t u a li n s t r u m e n ts o f t w a r el a b v i e w7 1 v i r t u a li n s t r u m e n ti st h en e w t e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n to ft e s t i n gf i e l d ，w h i c hc o m b i n e s m o d u l a rh a r d w a r e ， d e v e l o p m e n ts o f t w a r ea n dp ct e c h n o l o g y t h a ta l l o w su s e r st oc r e a t ec u s t o m i n s t r u m e n t st h r o u g hs o f t w a r e i nt h ep r o j e c t ，a u t h o ri sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o rt h e d e s i g no fw c d m as i g n a lt e s ta l g o r i t h m s ，i m p l e m e n t i n ga l lr fc o n f o r m a n c et e s t i n g c a s e so f r a d i ot r a n s m i t i o na c c o r d i n gt o3 g p pt s3 4 1 2 1 t h i sp a p e re s p e c i a l l yd e s c r i b e st h ed e s i g na n di n v e s t i g a t i o no fw c d m a t e r m i n a lt e s ts y s t e m 1 h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r eo r g a n i z e da sb e l o w ： ( 1 ) i n t r o d u c e st h ew c d m as y s t e md e v e l o p m e n ta n dt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ， a sw e l la st h ew c d m at e r m i n a lt e s ts e ts t a t u sa n dt r e n d so fd e v e l o p m e n ti nb o t h d o m e s t i ca n d ( 2 ) a n a l y s e st h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fw c d m a t e r m i n a lt e s ts e t ，p r o p o s e d aw h o l e p r o j e c to ft e m i n a lt e s ts e tb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t ，a n dg i v e st h eh a r d w a r e a n dt h es o t t w o r es t r u c t u r e ( 3 ) i n t r o d u c e st h ew c d m ap h y s i c a ll a y e rk n o w l e d g e ，w h i c hi sr e q u i r e dt o d e s c r i b ed e t a i l so ft h ew c d m a s i g n a ls p r e a da n dm o d u l a t i o np r o c e s s a n a l y s e st h e p o w e rs p e c t r a le s t i m a t i o na n d 丘e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o nm e t h o d ，w h i c hi sn e e df o r t h et e s ta l g o r i t h m i t sp r e p a r i n gf o r t h er e a l i z a t i o no ft h et e s ts e t 武汉理工大学硕士学位论文 l 一一一_ 一 ( 4 ) a n a l y s e st h er e l e v a n tp r o v i s i o n sa c c o r d i n gt o3 g p pt s3 4 1 21v 4 0 0 ， i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o n ，t e s tp r o c e s sa n dt e s tr e q u i r e m e n to ft h e m a i nt r a n s m i t t e r d e s c r i b e d st h em e a s u r e m e n tp r o c e s sa n da l g o r i t h m ( 5 ) r e a l i z e st h ea l g o r i t h mo ne a c h t e s tb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n ts o f t w a r el a b v i e w 7 1 f i n a l l ya ne x p e r i m e n ti sm a d eo i lt h et e s ti t e m si nas i m u l a t i v et e r m i n a lt e s t e n v i r o n m e n t c o n t e n t so ft h i sp a p e rh a sb e e na p p l i e dt ot h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o nf o rt h e w c d m at e r m i n a lt e s ts e t a tp r e s e n t ，t h et e s ta l g o r i t h mh a sb e e nt h r o u g hl a b o r a t o r y t e s t i n g ，t e s tr e s u l t ss h o ws t a b l ea n dc a ns a t i s f yt h en e e d s o ft e r m i n a lr fc o n f o r m a n c e t e s t i n g ： k e yw o r d s ：w c d m a r fc o n f o r m a n c et e r m i n a lt e s t v i r t u a li n s t r u m e n t i l i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：鱼! 丝e l 期：迦应：皇：塑 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务o ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：白i 微 导师( 签名) ：期伽口r 加 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 模拟蜂窝系统通常被称作第一代移动通信系统，如美国的a m p s 、英国的 e t a c s 、日本的m c m t s 和h c m t s 、北欧的n m t 系统等。数字系统，如g s m 、 p d c 、c d m a o n e ( i s 9 5 ) 都是第二代系统。这些系统使语音通信以无线的方式走进 众多的主流市场，并且让用户日益体会到短消息传送、手机上网等业务给生活 带来的改变。 第三代移动通信系统( 3 g ) 是为多媒体通信而设计的【。通过3 g 系统提供的高 质量图像和视频，可以使人与人之间的通信能力进一步增强。3 g 带来的更新、更 灵活的通信能力和更高的数据速率使信息与业务的接入能力大大增强。它不仅为 设备制造商、运营商，同时也为使用这些网络的内容提供商创造了新的商机。 1 1 课题研究的目的和意义 当前，世界主要运营商的移动投资重点已经转向3 g ，全球的3 g 用户已经 占全部移动用户的1 5 。截止2 0 0 8 年6 月，全球共有8 4 个国家和地区发放了 3 g 许可证，其中有效许可证为2 4 9 张。全球共部署了2 3l 张w c d m a 网络、2 0 5 张h s d p a 网络、4 4 张h s u p a 网络、2 4 8 张c d m a 2 0 0 0l x 网络、9 6 张e v - d or e v 0 网络、3 8 张e v - d or e v a 网络。全球w c d m a 用户累计达到2 5 3 亿户，c d m a 2 0 0 0 1 x 累计用户达到3 5 6 亿户，c d m a 2 0 0 0l x e v - d o 累计用户达到1 亿户。3 g 在全 球已进入规模发展阶段，这是一个不争的事实。 中国3 g 牌照已于2 0 0 9 年1 月发放，标志着中国3 g 手机市场正式启动。虽 然中国市场的3 g 发展去年刚刚起步，但是增长却开始呈现出爆发性的势头。截 至2 0 0 9 年1 2 月底，我国3 g 终端市场销售量达到1 1 2 2 4 万部。 目前在w c d m a 、t d s c d m a 和c d m a 2 0 0 0 三种3 g 标准中，w c d m a 全 球应用最广泛、发展最成熟。w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ， 宽带码分多址) ，是由欧洲和日本提出的，由3 g p p ( t h e3 mg e n e r a t i o np a r t n e r s h i p p r o j e c t ，第三代移动通信伙伴计划) 制定的以g s mm a p 为核心网， u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 为无线接口的第三代移动通信标准【2 】。 w c d m a 是一种直扩序列码分多址技术( d s c d m a ) ，信息被扩展成 武汉理工大学硕士学位论文 3 8 4 m e h i p s ，然后在5 m i - i z 带宽内传送。它采用了多种技术保证q o s 。支持同步 异步基站运行模式，采用上下行闭环加外环功率控制方式，同时使用开环和闭 环发射分集方式，上下行采用q p s k 调制，支持t u r b o 编码及卷积码【3 】。它可支 持3 8 4 k b p s - - - 2 m b p s 不等的数据传输速率，可在5 m h z 带宽内，分别于快速移动、 步行和慢速移动以及静止的环境下，提供最高可达1 4 4 k b p s 、3 8 4 k b p s 和2 m b p s 的数据传输速率。 任何一种技术都需要通过测试这个环节来进行前期的技术验证和后期的产 品保障。终端测试仪器仪表的研发及产业化是产业链的重要组成部分，而射频 一致性测试又是终端测试的核心和关键。因此我国终端制造商非常关注终端测 试仪射频一致性的研究情况，期望通过测试仪的完善和提升，不断提高终端性 能和质量，为我国的w c d m a 商用打下坚实的基础。 在此背景下，本文介绍了w c d m a 终端射频一致性的设计与实现。测试 仪的总体设计基于虚拟仪器的架构，虚拟仪器是测试技术领域的新技术和发展 方向，它结合了模块化硬件、开发软件和p c 技术，使用户可通过软件来建立 自定义的仪器【4 】。随着虚拟仪器技术的迅速发展，将其用于w c d m a 终端测 试中，研究基于虚拟仪器技术的终端测试系统，具有重大的实用价值和意义。 1 2 课题的国内外现状和发展趋势 目前，国内在3 g 终端测试仪方面，主要进行的是t d s c d m a 的研发工作， 还没有一个真正意义上的w c d m a 综合测试仪出现。但国外几家大型通信仪器 设备供应商早在数年前就已推出w c d m a 综测仪产品。其中，安捷伦和罗德 施瓦茨( r & s ) 两个公司占有移动通信测试仪器的绝大部分市场。 安捷伦的e 5 5 1 5 c 终端综测仪可以快速高效地进行g s m g p r s 、c d m a 2 0 0 0 ， w c d m a 等终端测试。以速度为目标设计的e 5 5 1 5 c 能大大减少测量时间，从而 有助于降低分摊到每部电话的制造费用。测试仪内装有高级测试和复杂测量的处 理算法，并在内部运行，因而能减少总线信息流量，增加测量的总体吞吐能力。 r & s 公司在射频测试方面有c m u 2 0 0 ；射频一致性测试则有t s 8 9 5 0 w 分析 仪：在协议测试方面有协议分析仪c r t u w ；在音频测试上有u p l ，它是目前 唯一经过权威机构g c f 验证的g s m 和w c d m a 终端音频测试的仪器。 安立在r f 射频一致性测试有t r x 性能测试系统m e 7 9 7 3 a r r m 和无线资 源管理测试系统m e 7 8 7 4 a 。此外，它还开发出了针对协议一致性、生产测试方 2 武汉理工大学硕士学位论文 面的测试系统p j 。 随着终端的发展，终端测试仪的发展呈现出下列趋势。 ( 1 ) 对终端设备进行全面的测试。需要实现的功能包括射频一致性、协议 一致性和音频测试三个方面。 ( 2 ) 满足技术演进的需要。目前w c d m a 标准制定已经到了r 9 版本，测 试仪的发展需要跟上技术演进的步伐，支持h s u p a 、l t e 的信号测试。 ( 3 ) 支持多模测试。终端测试仪不仅能够测试w c d m a 制式的信号，也应 能够支持其它3 g 制式和2 5 g 、2 g 的信号测试。 1 3 本文的主要工作和内容安排 本文研究了w c d m a 终端测试仪的设计与实现。通过分析对测试仪的功能 需求，给出了一种基于虚拟仪器的终端综合测试设计方案，并从硬件结构和软 件结构两方面对设计方案进行了阐述。论文重点研究了w c d m a 终端一致性测 试中发射机测试项目的主要测试指标的测试定义、要求和方法，并且利用虚拟 仪器软件l a b v i e w7 1 对测试指标进行了算法实现。最后，搭建了一个仿真测试 环境，对编写的测试算法模块进行了验证，给出测试结果，并对测试结果进行 分析说明。 论文的内容结构安排如下： 第一章“绪论 ，简单介绍w c m d a 系统的发展情况和技术特点，论文选题 的意义以及整篇论文的结构安排。 第二章“w c d m a 终端测试仪概述 ，对终端射频一致性进行说明，给出本 文需要实现的各个测试项。确定测试仪的总体设计方案，从硬件结构、软件结 构两个方面进行阐述。 第三章“w c d m a 终端射频一致性的研究 ，叙述和分析w c d m a 物理层 技术、功率谱估计和频率偏差估计等基础知识，为实现各测试指标做铺垫。 第四章“w c d m a 终端射频一致性的设计和实现”，详细阐述协议规定的各 个射频测试项目的测试定义和要求，通过l a b v i e w 软件对各个测试算法加以实现， 并模拟终端测试环境进行验证。 第五章“总结与展望 ，对本文内容进行总结，分析不足之处，并针对日后 的发展提出需要改进的地方。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章w c d m a 终端测试仪概述 w c d m a 终端测试仪主要用于w c d m a 终端的研发和生产测试。测试仪需 要有w c d m a 系统模拟器、w c d m a 宽带矢量调制信号发生器、射频信号分析 仪的功能。 本章将对w c d m a 终端测试仪的功能需求进行分析，在此基础上确定测试 仪的设计方案，并给出测试仪的硬件和软件结构。 2 1 终端射频一致性介绍 终端的一致性测试，是利用经过认证的测试系统和测试用例对终端射频和 协议两方面进行一系列的测试，验证其设计是否符合相关规范和标准【5 】。一致性 测试实质上是利用一组特定的测试例，在一定的网络环境下，对待侧设备进行 黑箱测试，通过比较实际输出与预期输出的异同，判定待测设备在多大的程度 上与标准描述相一致，并借此来保证通过一致性测试的设备在不同网络中的表 现一致。可以说，一致性测试是对终端产品最基本和最关键的测试环节。 终端一致性测试的目的在于检查终端的行为是否与规范一致，以便运营商 和设备厂商可以信赖通过一致性测试的终端。 w c d m a 终端一致性测试规范包括射频一致性测试规范3 g p pt s3 4 1 2 1 和 协议一致性测试规范3 g p p t s3 4 1 2 3 。本文主要对射频一致性测试进行分析。 w c d m a 终端射频一致性测试是为了验证终端设备的无线射频性能是否符 合3 g p pt s 3 4 1 2 1 的相关规定【6 】。w c d m a 系统是白干扰系统【7 j ，上行链路中， 每一台终端都是其它终端的干扰源，增大某一终端的发射功率，会对其它终端 造成影响；情况严重时，其它终端的用户信号会无法解调，给用户带来无法接 入或者出现掉话现象。下行链路也面临功率适当分配的问题，功率分配过大， 会加大下行链路的干扰；并且下行链路总的发射功率是有限的，分配给某个终 端的功率过多，网络内用户容量就会减少，所以终端射频性能的好坏，直接影 响网络的服务质量。 射频性能测试分为发射机测试和接收机测试两部分1 8 。本文主要对发射机测 试项目进行研究和实现，分为时域、频域、码域三项【9 】，如下表2 1 所示。 4 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - iw c d m a 终端射频一致性测试项目( 发射机) 测试类型测试参数 u e 最大 最小发射功率、发射开：关时间模板、发射关功率、输出功率的失 时域项目 步处理、上行开环功率控制、上行内环功率控制 频域项目 占用带宽、邻道泄漏功率比、频谱发射模板 码域项目频率误差、矢量幅度误差、码域功率、峰值码域误差 2 2 测试仪总体设计方案 终端测试仪需要具备w c d m a 系统模拟器、w c d m a 宽带矢量调制信号发 生器、射频信号分析仪的功能，能够提供c w 波、w c d m a 系统下行物理信道 的产生、呼叫的建立和释放、以及功率控制等功能【l o r e 。此外，对于测试仪而言， 丰富的外部接口，g p i b 远程控制，也是必不可少的，使测试仪能够通过与其它 仪器仪表互连而实现系统的集成测试。 虚拟仪器是测试技术领域的新技术和发展方向，具有性能高、扩展性强、 开发时间少、无缝集成的优点。虚拟仪器可以处理更复杂的信号，处理速度也 更快，价格低，方便功能升级。本文测试仪采用虚拟仪器的架构，便于提高测 试速度，也易于通过添加模块来兼容其它移动通信系统的终端测试【l 2 。 测试仪采用p x i 总线作为高速数据传输总线。p x i ( p c ie x t e n s i o n sf o r i n s t r u m e n t a t i o n ) 是p c i 面向仪器系统的扩展，用于测试、测量与控制应用，基 于p c 的一种小型模块化仪器平台。p x i 增加了触发总线、本地总线、系统时钟、 星型触发器等仪器特性以满足高性能仪器和测试领域的需要。 2 2 1 硬件结构 w c d m a 测试仪主要由p x i 机箱、主控机、w c d m a 系统模拟器、射频信 号发生器、射频接收机、数字化仪、双工器等部分构成【1 3 1 。 其硬件系统框图如图2 1 所示。 5 武汉理工大学硕士学位论文 w c d m a 数字i o 。 射频信号 发生器 主控机 系统模拟器 ( 3 0 1 0 和3 0 2 0 ) p f 总 饥_ l 酋寸。强 线 i 7 外部 c： 陋字 l 接口 月 射频接收和数字化 -y ( 3 0 1l 和3 0 3 0 a ) 人机接口 图2 1w c d m a 终端测试仪硬件系统框图 主控机提供所有软件程序的运行平台，提供测试结果显示和用户控制平台。 系统模拟器的作用是建立、维持测试仪和被测终端的呼叫连接。 射频模块采用a r e o f l e x 产品：3 0 1 0 3 0 1 1 频率合成器、3 0 2 0 高性能射频信号 源，3 0 3 0 a 射频信号分析仪。3 0 1 0 和3 0 2 0 组成射频信号发生器；3 0 11 和3 0 3 0 a 组成射频接收和数字化模块。各部分的作用是：3 0 1 0 为3 0 2 0 提供发射载波信号， 3 0 2 0 实现对基带信号的调制和上变频；3 0 1 1 为接收机提供本振信号，3 0 3 0 a 实 现下变频、中频信号数字化和数字正交解调功能。 双工器用来进行发射和接收信号的状态切换。当需要由射频信号发生器发 送信号时，双工器处于发射信号的状态，为u e 发送下行信号；当需要由射频接 收模块处理信号时，双工器处于接收信号的状态，接收u e 发送的上行信号。正 常通话状态时，双工器由系统模拟器控制，自动进行上下行的快速切换。 整个系统的工作原理是：系统模拟器产生下行i q 信号，经过l v d s 接口送 给射频信号发生器，射频信号发生器将i q 信号进行调制、上变频等处理后发射 给被测终端u 训。被测终端信号在射频接收机模块中下变频到中频，再经过数字 化模块转化为数字中频信号【1 5 1 ，然后经正交解调后转换为上行数字i q 信号，一 路经过p x i 总线送到主控机进行测试，另一路经过l v d s 接口送到系统模拟器 中恢复为w c d m a 系统的信令和数据。 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 软件结构 测试仪的软件层次结构采用虚拟仪器软件架构( v i r t u a li n s t r u m e n ts y s t e m a r c h i t e c t u r e ，v i s a ) ，v i s a 是n i 公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信 的高级应用编程接口。它是全序的层次结构，将测试仪的所有软件依功能调用 次序排列成若干层，各层单向依赖、单向调用。其如图2 2 所示。 图2 2w c d m a 终端测试仪层次结构 系统的硬件的结构和功能在2 2 1 小节中已经进行了描述，下面主要描述软 件部分各层次的功能。 ( 1 ) 操作系统 操作系统是紧挨着硬件的第一层软件，是对硬件功能的首次扩充，其它软 件则是建立在操作系统之上的。在这里，测试仪采用w i n d o w sn t 内核的操作 系统。 ( 2 ) 驱动程序 驱动程序从底向上又可以分为设备驱动程序、软件接口库和仪器驱动程序。 设备驱动程序是同硬件直接通信的软件模块，操作系统只有通过它，才能 控制硬件设备的工作。设备驱动程序的主要功能如下：将接收到的抽象要求转 换为具体要求；检查用户的输入输出请求的合法性，完成指定的输入输出操作； 及时响应有关设备排队、挂起、唤醒等操作，做出处理；执行确定的缓冲区策 蝌1 2 1 。 软件接口库的功能是两方面的。方面将设备驱动获得的数据转化为实际 应用中需要的数据，另一方面将上层生成的控制逻辑转化为实际硬件的驱动数 据。测试系统采用v i s ai o 库。 7 武汉理工大学硕士学位论文 仪器驱动程序是用来连接仪器与用户界面的，是应用层次上的软件模块。 建立具体的应用程序时，无需弄清楚底层的仪器硬件，可以直接按照功能调用 这组软件模块。仪器驱动程序的功能可以分为应用函数和组件函数，在测试系 统中，均以动态链接库文件的形式提供给上层调用。 ( 3 ) 应用程序 测试仪中的应用程序指最终被用户直接使用的，提供设置、测试、分析等 功能的程序。本文的主要工作测试算法就是位于这一层。 ( 4 ) 人机接口 包括自动测试、手动测试和编程三种模式。 2 3 测试软件说明 射频一致性测试的重点在于测量算法的实现。测量算法部分是用现代数字 信号处理技术对采集数据进行分析和处理，完成各指标的测量和分析。w c d m a 终端测试仪绝大部分的测量是在对模拟及射频电路进行确定的设置和调整后， 通过对采样数据的处理和分析来完成的。 编程软件采用n i 公司的虚拟仪器专用编程软件l a b v l e w7 1 ，是一种图形 化的编程语言的开发环境，使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而 代之的是流程图或框图。它是一个标准的数据采集和仪器控制软件，可最大化 的实现软件测试模块的复用 4 1 。基于n il a w i e w7 1 编写的简单测试软件平台 如图2 - 3 所示。 调用测试模块 入 干jl 旧眇 启动仪器 采集数据 令 关闭仪器 刊结束 千 人机界面 图2 3 测试软件平台的结构与运行流程 8 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章w c d m a 终端射频一致性的研究 在实现终端射频一致性测试之前，需要具备w c d m a 信号的物理层基础知 识和信号处理知识。本章将对w c d m a 信号的帧结构，扩频调制过程进行阐述。 并对测试项目算法设计中会涉及到的功率谱估计、加窗频谱校正、频率偏差估 计进行分析。 3 1w c d m a 上行信号 物理层处理过程包括上行和下行两条链路。上行链路也称前向链路，是指信 号从终端到基站；下行链路也称反向链路，是指信号从基站到终端。 国际电联对w c d m a 通信系统划分了1 2 0 m h z 频率l 1 6 1 ，即上行1 9 2 0 - - - 1 9 8 0 m h z ，下行2 1 1 毗1 7 0m h z 。而中国的w c d m a 使用上行1 9 4 肚1 9 5 5 m h z 和下 行2 1 3 2 1 4 5 m h z 的频段。 本文讨论的是终端的r f 指标，所以应该采集上行信号进行分析。本节对上 行信号帧结构和上行链路扩频与调制进行介绍。 3 1 1 帧结构 d p d c h ic i 一2 5 6 0c h i p s ，n d m = 1 0 2 。b i t s ( k - = 0 6 ) i p i l o tt f c i l f b i l t p c i n m h b i t sn t f a b i t s i n f b l b i t s l n t p c b i t s 1 4 0 9 5 式( 3 。1 0 ) l ( 刀一 + 一、 7 将( 五，五，五5 6 0 ) 对应项乘以p 一舰2 群( 七= 1 ，2 ，2 5 6 0 ) ，所得到的数据即为 去除频率偏差后的数据，记为( x ，e ，e ，) 。 图3 4 显示是理想情况下的信号标准星座图，通常在初始相位的作用下，实 际得到的星座图与之相比会旋转一个固定的角度。在计算码域测试项目时，也 需要去除这个初始相位的影响，仍以图3 4b ) 所示情形为例进行说明。理想情况 下，采样数据的相位应位于1 ，一l ，一，上，实际采样得到的数据的相位值记为 编j ，纯j 与实际值之间的差值可由下式得到： m i = 酬i ，1 一弘1 吨i 卜御 式( 3 - 1 1 ) 而由该组采样数据得到的初始相位为： 缈= 上i 识i 式( 3 1 2 ) 2 5 6 0 7 鲁o ”i 、7 1 4 些堡型三丕堂壁主堂焦量塞 第4 章w c d m a 终端射频一致性的设计与实现 本章将对射频一致性项目进行设计和实现。基于第三章的理论分析基础和 3 g p p t s3 4 1 2 1 v 400 协议的相关规定，本章将详述各个测试项目的指标测试意 义和测试需求，并给出每个测试项目的测试流程以及实现程序。 本章内容是整篇论文的核心部分。 4 1 数据采集说明 a e r o f l e x 模块的数字化a d c 的采样时钟为6 14 4 m h z ，用户可以根据系统 类型的不同选择抽取率和调制方式。这里，w c d m a 系统采样抽取率设置为2 ， 调制方式为u m t s 来配置。 u m t sd a t a m o d e ：6 1 4 4 m h z 2 n ( w h e r e n = l t 0 1 0 ) l v d s 的采样速率是3 8 4 m h z ，这也是码片速率。 每个码片的全采样点为6 1 4 4 m h z 3 8 4 m h z = 1 6 ( 无抽取率) 。 每个码片上的采样点数称为过采样率，当无抽取率时，信号的过采样率为1 6 。 信号过采样率与抽取率的关系为：过采样率+ 抽取率= 1 6 。 固4 1 是实际采集到的w c d m a 上行信号。l v d s 的采样速率是3 8 4 m h z ， 这也是w c d m a 的码片速率。得到的测试数据的采样频率为8 倍速。从围中可 以看出，w c d m a 上行信号是连续发射的，这是由于w c d m a 上行链路的两个 专用物理信道采用i q 码分复用处理，其控制信道d p c c h 是连续传输的。我们 后面的算法就是基于这样一段信号进行的。 ( a ) 1 信号 图4 - i 实际采集的i q 信号图 m q 信号 。 _ _ j t 武汉理工大学硕士学位论文 4 2 上行时隙信号的定位 本文大部分的测试项目是在一个时隙信号上进行计算的。这是因为 w c d m a 的信号处理是以时隙为单位的，需要准确地提取一个时隙的信号，特 别是码域项目的处理如果时隙有偏差对星座图、解码结果及最后指标的计算值 有很大的影响。 一般对信号的定位有粗定位和细定位两种，前者是要通过简单的处理找到 信号的大致位置，去掉不必要的信号以免后面细定位的时候计算量太大影响处 理速度，可以通过准确触发，事先计算好前后预留的信号长度来解决。细定位 的目的就是要精准地找到时隙的起始点。 对于w c d m a 上行时隙信号，我们使用的是d p c c h 信道导频码相关来进 行细定位【2 4 】。因为每个用户发射的w c d m a 信号，虽然数据部分内容( d p d c h 信道数据) 不确定，但是d p c c h 信道导频位内容是可以确定的( 仅与时隙格式 和时隙号有关，非信令模式下由用户指定，信令模式下由系统模拟器指定) 。导 频码具有很好的自相关特性，能够通过相关的方法找到导频码的起始位置，进 而找到时隙信号的起始位置。 l 空睬妥簋的信署卜_ ；眦频码出三 找到相关峰确定导频码确定时隙起 位置 始位置 图4 2 上行时隙信号的提取实现框图 w c d m a 信号定位，就是要把接收到的信号信道解复用，经过解扰、解扩 后区分出有用信号。 上行链路分为d p d c h 和d p c c h ，d p d c h 上的信号就是我们所要分析的有 用信号。它与d p c c h 是同步传输的，d p c c h 上的p i l o t 信号用于基站确认帧同 步信息。所以，可以通过p i l o t 信号找出时隙的起始点，从而定位d p c c h 和 d p d c h 。由于d p c c h 信道数据参与扩频和加扰，所以我们应该用扩频和加扰 后的导频码进行相关运算。 利用扩频、加扰后的d p c c h 的导频码，生成定位码。定位码与输入信号进 行相关运算，得到的相关峰即为定位点【2 5 2 9 】。根据定位点确定时隙的起始点， 进而提取出一个时隙的i ，q 信号。 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 其l a b v i e w 实现如图4 - 3 所示： a ) 时隙定位的l a b v i e w 程序图 0 b ) 成功定位得到的相关峰 图4 3w c d m a 时隙定位 经过以上的准备工作，就可以进行具体项目的测试算法的编写了。 4 3 发射机测试项目 4 3 1 最大输出功率 4 3 1 1 测试定义与意义 m a x o p 指标是为了验证终端的最大输出功率误差不超过容限值，避免u e 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 最大输出功率过大而干扰到其他信道和其他通信系统，或者u e 最大输出功率过 小而缩小小区的覆盖范围。 m a x o p 定义为功率控制设置为最大值时的l i e 输出功率，它所求的是( 1 + q ) 倍频带内的功率羽。m a x o p 的测量周期要求不少于一个时隙，即不小刁：6 6 7 , u s 。 根据协议规定，u e 最大输出功率应不超过表4 1 的要求。 表4 1u e 最大输出功率及容限要求 功率等级 最大输出功率( d b m )容限值( d b ) 1+ 3 3 + 1 7 3 7 2+ 2 7+ 1 7 ，- 3 7 3+ 2 4 + 1 7 - 3 7 4+ 2 12 7 4 3 1 2 测试方法及其实现 m a x o p 是测量输入信号的功率值。在测试m a x o p 之前，要给u e 发送持续 的上升功率控制命令。m a x o p 与下一小节将说明的m i n o p 都是计算信号功率值， 方法相同，用同一算法c h a n n e lp o w e r 进行说明。c h a n n e lp o w e r 可以计算信号 的m e a np o w e r 和r r cf i l t e r e dm e a np o w e r 。m e a np o w e r 用来计算有噪声的信号 功率，没有r r cf i l t e r 滤波，功率会稍高一些。m a x o p 与m i n o p 计算的是m e a n p o w e r 。 ( 1 ) 从驱动中获取i ，q 数据。由于w c d m a 上行信号是连续发射的，故数据 采集只需从任一时刻开始提取一段长度的i , q 有用信号，而无需考虑时隙的完整 性。这里，提取的信号长度由用户设定，但是，设定值不能小于6 6 7 9 s 。 ( 2 ) 功率计算。根据1 0 1 9 ( 1 2 + q 2 ) 计算得到功率值。计算以上所有采样数据 的瞬时功率的平均值，得到m e a np o w e r ：将采样数据与r r cf i l t e r 的冲激响应 序列进行卷积运算后计算瞬时功率的平均值，得到r r cf i l t e r e dm e a np o w e r 。 其l a b v i e w 实现如图4 4 所示。 1 8 武汉理丁人学颈十学位论文 车 日平翅掰匿卜i 一 。 图4 - 4c h a n n e lp o w e r 的l a b v i e w 实现 ( 3 ) 根据协议指标判断结果。将计算得到的功率值与表4 。i 中的协议规定值 进行比较，判断是否通过测试。 ( 4 ) 显示结果。将测量值输出给界面：通过测试为p a s s ，不通过为f a i l 。 4 3 2 最小输出功率 432 l 测试定义与意义 m i n o p 指标足为了验证终端的最小输出功率足否小f 5 0 d b m ，避免超过指 标要求的最小输出功率增加对其他信道的t 扰，减小系统容量。 m i n o p 足指功率控制设置输出功率短小时，u e 的发射功率值。最小输出功 率定义为一个时隙内的平均功率 i 。 根据协泌规定，u e 最小输出功率应小于4 9d b m 。 4322 测试方法及其实现 与m a x o p 一样，m i n o p 是测量输入信号的功率值。两者采用的方法相同， 这里不再说明。所1 i 同的是，在测试m i n o p2 前，要给u e 发送持续的f 降升 功率控制命令。 4 3 3 邻道泄露功率比 4 331 测试定义与意义 a c l r 是终端发射机测试的一个重要参数，它川于保证相邻频点倍道的容量 不因u e 发射泄漏造成的噪声而遭受损失。邻道功：缸泄漏蕾曼是mf 终端功率放 器 武汉理 人学颂士学1 t 论文 人器的非线性造成的。放大器的输出信号由减弱的f q 调制波形频谱、信