寬帶A類放大器在通信測試中的應用
加入技術交流群
Broadband Class A amplifiers in Communications Test Applications
簡介
本文介紹了第三代（WCDMA）和第四代（OFDM）手機調制方案及其關鍵傳輸特性，以及用于傳輸部件和組件開發/生產測試的測試放大器所需功能涉及的基本概念。
本文中所有例證均選取移動電話系統下行鏈路(基站到移動電話)進行測試。
WCDMA
WCDMA（寬帶碼多分址）是第三代（3G）移動電話網絡UMTS的定義空中接口。采用直接序列擴頻（DSSS），將“偽噪聲”擴頻碼與用戶信號結合，通過帶寬傳輸用戶信號。將不同代碼分配給不同用戶，通過同一帶寬實現多種信號同時傳輸。由于信號分配代碼相同，接收端可還原（解擴）復合寬帶信號中的特定信號。還原過程中，寬帶中所有其它擴展信號均表現為噪聲。
DSSS數據傳輸
通過DSSS，用戶基線數據由眾多擴頻碼的其中之一調制。此類代碼也稱為“信道化碼”，每一個代碼是一個高速率（3.84兆位/秒）、循環重復的偽隨機二進制序列，可“碎化”基線數據，達到3.84MHz的帶寬。
圖1（a）展示了數據傳輸與數據還原時的波形，此處–1=邏輯0，+1=邏輯1。前三個曲線表示傳輸過程。曲線1表示用戶基線數據，曲線2表示分配給每一用戶位的8位擴頻碼，曲線3表示曲線2在曲線1處“碎化”后得到的擴展信號。曲線3表示傳送的信號。
圖1(a) 通過擴頻碼1傳送用戶數據，接收端用相同代碼產生交叉關聯時還原（標記為解擴碼1）
接收端利用相同的擴解碼（曲線4）結合傳送信號來恢復信道數據，由此標記為“解擴碼1”。曲線5表示恢復后的用戶數據。這一過程即為“解擴”，在數學上與解擴碼構成傳送擴頻碼交叉關聯。交叉關聯在第3頁“正交性”部分作出了闡述，但概括起來，即使擴頻碼與解擴碼增加異或非門功能。
圖1（b）表示將傳送的擴展信號與不同的擴解碼結合后的結果。前三個跟蹤曲線表示與圖1（a）相同的傳送過程。不同的是，接收端用標記為“解擴碼2”的另一解擴碼時，數據未恢復（曲線4與5）。
圖1(b) 通過擴頻碼1傳送用戶數據，接收端用解擴碼2產生交叉關聯時不恢復
正交性
WCDMA采用正交可變擴頻因子（OVSF）碼，實現多信道同時傳輸，并保證信道數據速率靈活性。所有的OVSF擴頻碼都是“特別的”，相互正交的，即彼此可在3.84MHz傳輸頻帶共存，無交叉干擾。
為實現正交性，各代碼需具備以下屬性：
? 任意兩種代碼交叉關聯=0
? 自相關性除以每個數據位的碼片位數量=1
? 必須擁有與-1和1同等數量的代碼
按照這些規則，我們將檢驗擴頻碼1和2作為示例。
按照規則逐條驗證：
（1）交叉關聯=0
兩個數字序列的交叉關聯性是二者相似度的尺度。R(A.B)表示為序列位的乘積之和。
假設A為圖1（a）中的擴頻碼1，B為圖1（b）中的擴解碼2，如下所示：
A={-1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1}
B={1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1}
R(A.B)={(-1x1)+(1x –1)+(1x1)+(-1x1)+(1x1)+(-1x–1)+(-1x1)+(1x–1)}={0}
如前文所示，利用異或非門，即可在門級輕易實現交叉關聯的函數。
（2）自相關性÷每數據位的碼片位數量=1
自相關本質上即是序列的交叉關聯函數。
R(A.A)={(-1x-1)+(1x1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(-1x-1)+(1x1)}={8}
R(B.B)={(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)}={8}
這兩種擴頻碼每數據位均有8位碼片位，其中每數據位的碼片位被稱為擴頻因子（SF）。因此自相關除以SF=1。
（3）擁有同等數量的-1與1
最后，擴頻碼1與擴頻碼2擁有相同數量的-1與1，因此這兩種代碼滿足第三種正交條件。
需要注意的是，遵守規則即可產生偽隨機碼，因其類似噪聲被稱為偽噪聲（PN）。
可變擴頻因子
如上所示，擴頻碼1與擴頻碼2均含8位擴頻因子。下行鏈路擴頻因子取值在4至512之間。在低擴頻因子既定的條件下，當用戶要求數據傳輸更快時，系統可分配用戶不同的數據傳輸速率及不同的擴頻因子。這正是正交可變擴頻因子“可變”由來。注意3.84兆位/秒的碼片速率是恒定的，因此相對于可變SF來說，分配給用戶基帶的數據速率是不同的。
直接序列碼擴頻后附加了擾碼。擾碼可幫助移動電話識別正在聯系的基站。
OFDM
演進版UMTS無線接入網絡（EUTRAN）是第4代移動電話系統性能演進的產物。以4G LTE面世，采用OFDMA（正交頻分復用接入）作為下行鏈路方向的空中接口。主要特點是下行鏈路速率可達到100Mbps、出色的數據傳輸（衰減復原）性能和帶寬可擴展（1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz及20MHz）。
OFDM主要涉及的概念是信號載體部分從單個高速率數據信號到多個并行低速率信號之間的轉換。圖2表示單個信道被分成多個并行的子信道，每個子信道的子載波頻率不同。這種與窄帶子載波間隔緊密的寬帶頻譜即為傳輸信號。間隔緊密提高了系統頻譜效率。
圖2 OFDM信號產生過程圖示
子載波數據速率低，因而發送符號較長，同時可增加保護間隔。這使得OFDM可應對信道挑戰性要求，如多徑衰落（WCDMA真正存在的一個問題）、窄帶干擾與符號間干擾，比以往方案更占優勢。從而使并行傳輸數據的凈數據傳輸率等于信號原有的高數據速率。
評論