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五、引入VSWR(VoltagestandingWaveRatio)的物理意义:
沿PCB板上传输的射频信号必须看做“行进或反射”中的电磁波。
电磁波在PCB板上传播的路径,一般统称传输线。
传输线上只有向前行进(入射到传输线上没被反射)的电磁波,称为行波。
当入射到传输线上的电磁波完全被反射,传输线上没有向前传输的电磁波,形成纯驻波。
由于传输线阻抗、介质的不连续性等因素,入射到传输线上的电磁波必然有一小部分被反射回去形成驻波,而绝大部分向前传输形成行波,驻波比是联系两者关系的重要纽带之一。
通常传输线上既有向前传输的波(行波),也有被反射的波(驻波),二者叠加的结果形成行驻波。
从上面看问题的角度出发,驻波比定义为(行波的模值+驻波的模值)/(行波的模值-驻波的模值)。
当传输线上没有反射时,也就是驻波为0,这时驻波比为1。
当传输线上电磁波完全被反射,这时入射的波(行波)等于反射的波(驻波),驻波比为无穷大。
六、反射系数
反射系数是表征行波和驻波之间关系的另外一个物理表示量。
反射系数定义为反射的波(驻波)与入射的波(行波)的比。
反射系数越大,驻波比也越大,二者是同比例关系。
工程上,为了便于直观使用,又引入了回波损耗(returnloss)的概念。
回波损耗的定义:反射系数的模值的倒数,然后再取对数,回波损耗的单位为dB。
七、驻波比、反射系数、回波损耗之间的关系
经常会混淆这三个概念,或错误的使用它们。
从数学角度上讲,这三个概念量之间是可以换算的;从物理意义角度讲,这三个概念出发点不同。
驻波比是从行波和驻波形成的合成波(行驻波)的角度出发来阐释自己的,从驻波比的数值可以直观到传输线上合成波的最大值和最小值的比。
反射系数是从能量得失的角度出发来阐释自己的,从反射系数可直观得到能量向前传递的情况。
回波损耗是从反射波(驻波)的出发来阐释自己的,从回波损耗可直观得到反射波的损耗情况。
Forexample,假如反射系数为1/3,表示有(1/3)*(1/3)的能量,既入射能量1/9被反射掉;换算成驻波为2,表示合成波的最大值与最小值之比为2;在换算成回波损耗,。
从反射系数衍生出另外一个物理量:插入损耗(InsertionLoss),插入损耗定义为向前传输的功率与入射到传输线上的功率之比,反射系数越小,插入损耗也就越小。
八、实际使用的RFcable线VSWR情况分析:
每条RF在出厂前,都有一个标定的插入损耗,例如:,。
若RFcable线使用时间过长材质老化,或不恰当的使用,如经常扭曲,弯折造成传输线上的不连续点,cable线的插入损耗会变大,相应的反射系数和VSWR也会变大。
如果你还用原来的loss设置来使用VSWR变大的线,校准出来的功率就会不准确。
另一方面,cable线VSWR的增大,射频PA的工作状态也会受到一定程度的影响,同样会导致校准出来的功率有偏差,不准确。
从以上两点可以看出,坏的射频线不但导致loss设置不准确,同样会影响PA工作状态,两者的叠加可能导致功率校准不确定的加剧。
所以,你会看到,同一台机器,使用不同的RFcable线,校准出来的scalingfactor有时会相差很大。
解决办法一:Insertionloss及VSWR过大的RFcable线就不要拿来做校准用。
解决办法二:如果实在要使用这样的RFcable线,则必须借用“金机”,但“金机”也未必可靠!
九、RF系统框图(上行链路—发射机):
载
波
信号
GMSK调制器
GMSK
信号
IQ调制器
IQ
信号
TXVCO
频率
合成
器
射
频
已
调
射频PA
天线开关
天线
GMSK调制和IQ调制:
(高斯最小频移键控)的数字调制方式。。
GMSK是一种特殊的数字FM调制方式。。使用两个频率表示1和0的调制技术记作FSK(频移键控)。在GSM中,,正好是RF频率偏移的4倍,这样作可以把调制频谱降到最低并提高信道效率。比特率正好是频率偏移4倍的FSK调制称作MSK(最小频移键控)。在GSM中,使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱。它可以降低频率转换速度,否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量(开关谱)。
(也就是说不是像QPSK那样由绝对相位状态携带信息)。它是由频率的偏移,或者说是相位的变化携带信息。GMSK可以通过I/Q图表示。如果没有高斯滤波器,当传送一连串恒定的1时,。如果将载波中心频率作为固定相位基准,。相位将以每秒67,708次的速率进行360度旋转。在一个比特周期内(1/),相位将在I/Q图中移动四分之一圆周、即90度的位置。数据1可以看作相位增加90度。两个1使相位增加180度,三个1是270度,依此类推。数据0表示在相反方向上相同的相位变化。
IQ信号为通常四路,I路两信号差分,Q路两信号差分,I、Q两路信号正交;通过IQ调制,可极大提高系统的抗干扰能力。
针对上行的发射链路,三个频率区域的性能是十分关键的:信道内、信道外和频带外。
信道内测试确定用户感觉到的链路质量。测试包括:
相位误差和平均频率误差
平均发射RF载波功率
发射RF载波功率随时间的变化
信道外测试确定用户给其他GSM用户带来多少干扰,包括:
调制和宽带噪声频谱
切换频谱
Tx和Rx带内杂散信号
带外测试确定用户给无线电频谱的非GSM用户(如军事、公安、航空等)带来了多少干扰。所有其他的杂散信号(谐波、宽带信号等等)都包含在这一项里。
相位误差与频率误差
相位误差是GSM中用来表示调制精确度的参数之一。相位误差较大通常表示发射机电路中的I/Q基带发生器、滤波器、调制器或者放大器存在问题。
频率误差表示频率合成器或锁相环的性能不够好(例如,在两次发射信号之间频率切换时合成器不能够很快的稳定下来)。在GSM系统中,糟糕的频率误差可能使目标接收机不能锁定发射信号,同时发射机也可能给其他用户造成干扰。
为了测量相位和频率误差,可以用一个测试装置对被测设备的发射输出信号进行采样来获得实际的相位轨迹。对采样信号解调然后以数学方法得到理想的相位轨迹。从一个轨迹减去另一个轨迹得到误差信号。这个信号的平均斜率(相位/时间)就是频率误差。信号的变化就是相位误差,用均方根(rms)和峰值表示。下图所示即为此测试过程:
平均发射输出功率
GSM系统使用动态功率控制确保每一个链路具有足够并且是最小的功率。这样可以使整个系统的干扰保持最小。对于MS来说,可以最大限度地延长电池的寿命。
超出规范的功率测量结果通常表示功率放大器电路、校准表格或者供电电源有问题。GSM平均输出功率是在GSM突发脉冲的有用部分测量的。进行测量的时候,GSM测试设备通过解调输入信号获得正确的参考时序,并控制选通GSM突发脉冲的有用部分。
发射RF载波功率随时间的变化
在GSM系统中,发射机必须按照TDMA时序结构快速变化发射功率以避免对相邻时隙造成干扰。如果发射机开启太慢,突发脉冲最开始的数据就可能丢失,降低了链路的质量;如果关闭得太慢,TDMA帧中下一个时隙的用户将受到干扰。
因此,这个指标涉及的测试就是根据规定的功率变化模式评估载波功率在时域内的变化,同时还可以证实发射机的关闭是完好的。如果发射机没有通过发射RF载波功率随时间变化关系的测试,通常说明PA单元或者功率控制环路存在问题。
邻信道功率(ACP)
ACP由两个指标定义:
调制和宽带噪声频谱
切换频谱
这两个测量指标通常一起被称作“输出RF频谱”(ORFS)。
调制与宽带噪声频谱
发射机中的调制过程使连续载波发生频谱扩展。“调制和宽带噪声频谱”测量指标用来保证调制过程不会造成过量的频谱扩展,因为这将对相邻信道用户造成干扰。
将分析仪调谐到要进行测试的频率,然后在调制突发脉冲的部分时间里进行时域选通。用这种方式测量功率,然后分析仪重新调谐到下一个频率或者欲测量的频率偏移。持续这一过程直到所有频偏下的功率都被测量并与允许的限度进行对比。这样作的结果是得到了一组功率随频率变化的点,也就是信号的频谱。然而,由于信号的跳变部分不在选通范围之内,因此没有突发效果产生的频谱成分。
测量结果的限制以dBc表示,所以测量的第一步是读取发射机调谐的中心频率。
切换频谱
GSM发射机RF功率变化非常快。之前描述的“发射RF载波功率随时间变化关系”测试指标确保功率的变化能够在正确的时间里并且足够快的发生。然而,如果RF功率变化得太快,发射信号中就会产生不希望出现的频谱成分。本测量指标就是用来确保这些成分能够保持在可接受的水平之下。
为进行切换频谱测量,分析仪在零档模式下调谐到多个偏移频率进行测量。本测量中不在时域进行选通控制。