RF測試原理小結

1、RF測試原理小結本文旨在闡述 RF測試項目的有關原理性知識，基本不涉及具體的測試方法，測試方法 請參照相關文檔。首先學習射頻離不開天線，要對天線知識有所了解。天線(antenna)是RF系統(tǒng)中最關鍵的零件，發(fā)送的時候它負責將線路中的電信號轉化為電波發(fā)射出去，接收的時候它負責將電波轉化為電信號。 根據(jù)洛倫茲定理，變化的電場會 產(chǎn)生磁場，因施加在天線上的電流不同， 就會產(chǎn)生電波；當無線電波遇到天線時， 電子就會 流入天線導體而產(chǎn)生電流。天線分為全向型和定向型兩種。全向型天線收發(fā)所有方向的信號， 定向性天線只收發(fā)天 線所指向方向上的信號， 可以將能量傳送到更遠的距離， 信號也比較清楚，實際上根本沒有

2、 真正意義上的全向天線。天線的長度取決于頻率： 頻率越高，天線越短。根據(jù)經(jīng)驗，一般的簡易型天線為其波長的一般。波長和頻率的計算公式是：3(其中c 3 108m/s),例如使用830KHz的調(diào)幅廣播電臺，其電波的波長約為 360米，因此必須使用約180米的大型天線。當然天線工程 師可以運用一些技巧，進一步縮短天線，甚至可以做到隨身攜帶的程度。一般在天線的前端還會有個功率放大器PA(power amplifier),其實將功率提升到做大功率后發(fā)送。然后具體了解RF測試中各個參數(shù)的含義及其影響因素。一、調(diào)制帶寬：調(diào)制子載波占用的頻帶寬度，有20MHz (11b/g)和40MHz (11n)的，我們從

3、頻譜模板的波形中也可以看出來。二、EVM ： Error Vector Magnitude ,誤差矢量幅度：其是調(diào)制后的射頻信號與理想原始信號的矢量差，反映了調(diào)制的精度，是衡量信號質量的重要參數(shù)。原理上是接收到的碼片信號，經(jīng)過解調(diào)、解擾、解擴之后，再重復一遍發(fā) 射端點的過程，即調(diào)制、加擾、擴頻，然后再拿這個碼矢量信號與接收到的矢量信號做 矢量差，將其做統(tǒng)計平均，即為 EVM值。EVM越大，說明信號受到的干擾越大，接 收到的信號質量越差；反之，干擾小，接收到的信號質量就好。EVM有幅度偏差、頻率偏差、相位偏差之分。功率放大器的非線性失真影響幅度偏差，I/Q信號同步影響相位偏差，本振的噪聲和電源噪

4、聲影響頻率偏差，影響EVM因素主要有功率放大器的非線性失真、噪聲、以及供電環(huán)境。EVM標準有IEEE標準和一些國家電信的標準，下面列出IEEE的標準供參考。EVM數(shù)據(jù)速率(Mbps)EVM(dB)6-59-812-1018-1324-1636-1948-2254-25三、調(diào)制速率：調(diào)制傳送基帶信號所用的碼流率，它反映在被調(diào)子載波變化的快慢上，有6Mbps、12Mbps、18 Mbps、24 Mbps、36 Mbps 四、發(fā)射功率：有天線發(fā)射功率(PA輸出功率減去線損，盡量減少線損)和空口發(fā)射功率(用等效 全向發(fā)射功率 EIRP描述，天線口發(fā)射功率+天線增益)之分，用功率譜密度描述，取 RMS值

5、衡量。五、頻率偏移： Frequency Error指發(fā)射信道中心頻率的偏差，其反映了中心頻率的精度，一般取決于本振的精度，可以 通過調(diào)整本振的匹配電容來糾正偏差。 其中11b:要求頻率偏移在i25Ppm以內(nèi)；11a/g: 要求頻率偏移在蟲0Ppm以內(nèi)。六、接收靈敏度：指接收機能解調(diào)的最小信號電平，就是信號的最小功率值，換句話說就是在保證所要求的誤比特率的情況下，接收機所需要的最小輸入功率。一般我們用誤碼率來衡量接收靈 敏度，而不能用直接進入接收通道的信號來衡量，因為在滿足一定的信噪比SNR的情況下，非常小的信號都可以解調(diào)，而當伴隨信號的噪聲和接收通道的噪聲增加時，此時信噪比就會下降，誤碼率迅

6、速增加。一般情況下要求誤碼率在百分之十左右，測試的時候要求發(fā)1000個包，11b時接收到920以上，11g/n接收900個包以上時的最小信號功率，就是要測量的接收靈敏度。從下面接收靈敏度IEEE標準中可以看出，當數(shù)據(jù)率越高，接收器所接收到的信號就越 容易被損毀，接收靈敏度要求的功率電平就越大。11b數(shù)據(jù)速率(Mbps)接收機門限電平(dbm)1-2-5.5-11-7611g數(shù)據(jù)速率(Mbps)接收機門限電平(dbm)6-829-8112-7918-7724-7436-7048-6654-6511n 20M數(shù)據(jù)速率(Mbps)接收機門限電平(dbm)MCS0-80MCS1-77MCS2-75MC

7、S3-72MCS4-68MCS5-64MCS6-63MCS7-6211n 40M數(shù)據(jù)速率(Mbps)接收機門限電平(dbm)MCS0-77MCS1-74MCS2-72MCS3-69MCS4-65MCS5-61MCS6-60MCS7-59七、最大接收電平是接收機能解調(diào)的最大信號電平，由于接收機前端有低噪放LNA ,其工作點電平受限，過大的信號會導致其飽和，形成信號阻塞。八、頻譜模板 Spectrum Mask其描述了發(fā)射信號的頻譜分布，反映了信號能量的集中范圍，如果帶外的能量多的話，會影響到相鄰信道的通信，一般用包含被調(diào)制信道的調(diào)制帶寬及其信道外的電平分布來衡量。功率放大器PA的非線性失真和匹配

8、都會影響到頻譜模板，可能會超出其范圍。如果能夠很好的控制相位噪聲，比如預失真處理能夠很好的降低帶外噪聲，同時提高 EVM都會保證頻 譜模板的要求。九、功率平坦度 Spectral Flatness反映信號子載波的功率變化，它測量每個子載波的平均功率對所有子載波的平均功率的偏移。11b沒有平坦度，是因為其采用的調(diào)制方式時單載波調(diào)制，11g/n采用的是OFDM調(diào)制方式。十、星座圖星座圖反映了各個速率時采用的調(diào)制方式、編碼率、EVM等信息。測試的過程中，我們可以看到不同速率下的星座圖，接收信號的范圍集中說明信號的質量就比較好，越是發(fā)散，說明信號的質量越差。各種調(diào)制方式的星座圖如下：BPSK作QAM0

9、.%比比1MW 01 10 II io ei。« :， *兇 M 01 I HI 11 (KJIH till , «"TL"力rim iku +3l|r1優(yōu) *II MOO *m iu：i gigl7 也網(wǎng)：IQO 100 irHI |>Jil *>.i-l 1" .打1| 11制 II HI l'J| .IHJl |H|Uli iiil>UK> kH “11.0 IDI .111 IDImi miiVIIm Ml *O*ii III Oil 111 on ini *in in*>3ns mi .mi in

10、 «lim inHUah UIIH II 111.1 (oi no .<11 HU *'UN 1 U.UN 110 .nr ikc .lufl inti .|M> IHj *J畫n”： a MiG - J' -II i-ll ft*-i1* -I|iIII。加 0 4 mm網(wǎng) O-lfl .p , *«iMI .LUI - H0W0II1111心11 VillOIH «h i mi "I4HXlf»D 用“加1 .，IEV-IM Ml丁,Hl.|i I H | t情哂3i t*Hl | 4.-MK.I IH"

11、;11172 in -Hi .101 ooo | r 各種調(diào)制方式分別承載的數(shù)據(jù)位數(shù)為：BPSK： 1bit/symbol ;QPSK：2bits/symbol ;16QAM :4bits/symbol ; 64QAM : 6bits/symbol。模擬調(diào)制方式有三種：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，就是載波隨著調(diào)制信號的幅度、頻率或相位 的變化而變化，這樣載波就承載了調(diào)制信號的信息，此時的信號成為已調(diào)信號，傳入發(fā)信機發(fā)送出去。與之相對應的數(shù)字調(diào)制方式也有三種：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控 PSK。802.11中常用的調(diào)制方式是差分相位調(diào)制DPSK,而不是絕對相位調(diào)制 PSK,因為PSK對通信收

12、發(fā)雙方的同步性能要求很高，一旦同步被波壞，就難以恢復原有信號， 導致相位顛倒，稱為“倒 現(xiàn)象”，而DPSK是利用相鄰載波的相位差就可以避免此問題的發(fā)生。BPSK用前后載波的相位差為 0時表示符號0,相差為半個周期時表示符號1;因BPSK只能編碼一個位，可以采用一種差分正交相移鍵控DQPSK編碼兩個位，即是采用一個基波與三個偏移波，每個波偏移1/4個周期，如用相移/2表示符號01,相移0表示符號00,相移 表示符號11,相移3 /2表示符號10,當然也可以用上面 QPSK圖中的四個正交的 相位 /4, 3 /4, 5 /4, 7 /4來表示。802.11還采用正交調(diào)幅QAM技術來傳送數(shù)目，能夠承

13、載更多的比特數(shù)，以此來提高調(diào) 制的速率。QAM是在單一載波上編碼數(shù)據(jù)，該載波有同相信號I和落后其1/4周期的正交信號組成，當兩種信號被限定在一組特定的電平時，就形成了所謂的星座圖constellation。星座圖描繪了同鄉(xiāng)和正交型號的可能值，星座圖中的每個點代表一種符號symbol,每個符號代表特定的位置，如上面圖中所示。需要注意的是，QAM前面的數(shù)值表示總共的符號個數(shù)，其實每個符號的 2的乘塞數(shù)，可以算出每個符號代表的比特數(shù)，比圖64-QAM就是每個符號代表6bits信息，256-QAM就是每個符號代表 8bits信息。要提高數(shù)據(jù)的速率， 只要使用點數(shù)更多的星座圖即可， 不過數(shù)據(jù)率提高，就要

14、求接收信 號的質量要足夠好，否則就難以區(qū)分星座圖中的相鄰點。 如果距離太近，每個信號可以接收 的誤差范圍就會縮小。下面詳細了解下 802.11各個標準的編碼和調(diào)制細節(jié)。802.11bData Rate J；preading/CodingModulationSymbol RateChip Rate1Mbps11 chip Barker codeDBPSK1Msps11Mcps2Mbps11 chip Barker codeDQPSK1Msps11Mcps5.5MbpsCCKDQPSK1.375Msps11Mcps11MbpsCCKDQPSK1.375Msps11Mcps802.11b直接序列擴頻

15、PHY采用每秒1100萬的碎片率，其將碎片流劃分為一系列的11位的貝克碼 Barker word ,每秒傳送100萬個Barker word。每個word根據(jù)所使用的1.0Mbps 還是2Mbps的數(shù)據(jù)率，分別編碼 1或2個比特。為了達到更高的傳輸速率，就要求每個word編碼更多的字節(jié)，802.11采用了一種叫做補碼鍵控CCK C Complementary code keying ）的方式，就是將碎片流劃分為一系列的由8個位構成的碼符號，因此每秒要傳送 137.5萬個碼符號。CCK采用復雜的數(shù)學轉換函數(shù)，可 以使用若干這8bit序列在每個碼字中編碼 4或8個位是吞吐量達到 5.5Mbps和1

16、1Mbps。注意一點的是：CCK方式所采用的擴頻碼是由數(shù)據(jù)本身經(jīng)過函數(shù)推演得出來的，而之 前擴頻是采用類似 Barker word之類的靜態(tài)且具有重復性的碼字。802.11gData rate (Mbits/s)ModulationCoding rateCoded bitsper subcarrierCoded bits per OFDM symbolData bits per OFDM symbol6BPSK1/2148249BPSK3/41483612QPSK1/22964818QPSK3/4296722416QAM1/24192963616QAM3/441921444864QAM2/36

17、2881925464QAM3/46288216802.11g 是基于正交頻分復用 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing )技術的。 OFDM是將一個較寬的信道分割成若干子信道，每個子信道均用來傳輸數(shù)據(jù)，就是用多路 副載波進行單一傳送的方式，用這些較慢的子信道復合成較快的信道。OFDM正交性的含義是指在頻域中，OFDM各個子載波的頻譜的波峰互補重疊，這樣所選用的副載波就不會被其他副載波所干擾，其實正交性的本質所在。802.11g無線信道總容量的計算方法：子信道乘以每個信道的位數(shù)。比如使用64-QAM調(diào)制方式時，每個子信道承載 6bits

18、, 802.11G使用48個子信道，故每個信道的容量為 288 個 bits。表中每個OFDM符號承載的數(shù)據(jù)位有編碼數(shù)據(jù)率乘以每個符號編碼的位數(shù)得到。802.11nMCSIndexModulationCoding rateCoded bitsper subcarrierData Rate (Mb/s)800nsGI400nsGI0BPSK1/216.57.21QPSK1/2213.014.42QPSK3/4219.521.7316QAM1/2426.028.9416QAM3/4439.043.3564QAM2/3652.057.8664QAM3/4658.565.0764QAM5/6665.0

19、72.28BPSK1/2113.014.49QPSK1/2226.028.910QPSK3/4239.043.31116QAM1/2452.057.81216QAM3/4478.086.71364QAM2/36104.0115.61464QAM3/46117.0130.015 164QAM5/66130.0144.4802.11n 是在 OFDM 的基礎上，引入了多進多出 MIMO (multiple-input multiple-output ) 技術。其支持當前的 20MHz帶寬的同時，還支持 40MHz帶寬，以此來提升吞吐量。在采用MIMO多天線技術之前，一般都是單獨采用一根天線進行首發(fā)

20、的，即使是采用 了多根天線也只是為了天線分集使用，802.11n采用多根天線同時進行收發(fā)，來提高數(shù)據(jù)率。我們注意到，20M帶寬在 MCS7時65Mbps,在40M帶寬時達到130Mbps,其實一根天線可以達到的理論速率，當使用兩根天線同時收發(fā)時，MCS8-MCS15可以達到更高的數(shù)據(jù)速率。下面是通信原理的一般性知識，對了解天線的發(fā)送和接收有好處。20世紀60年代以后，數(shù)字通信迅速發(fā)展起來，大有取代模擬通信技術的趨勢，究其原 因有以下幾個方面：1.數(shù)字傳輸抗干擾能力強；2.傳輸差錯可以控制，改善了傳輸質量；3.便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術對數(shù)字信息進行處理，比如FFT等；4.易于加密處理；5.可

21、以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)功能增強。下圖是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型。數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)包括信源編解碼、信息加密/解密、信道編解碼、調(diào)制解調(diào)、信道、同步以及數(shù)字復接與多址等各個部分，下面分別進行介紹。1 .信源編碼與譯碼信源編碼主要有兩個作用：一是完成模擬信源的數(shù)字化，如果信源產(chǎn)生的信號是模擬信號時，首先需要對模擬信號進行數(shù)字化后才能夠在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸。模擬信源的數(shù)字化包括采樣、量化和編碼三個過程，電話系統(tǒng)中話音信號的數(shù)字化就是典型的模擬信源數(shù)字化 的過程。信源編碼的另外一個作用是為提高信息傳輸?shù)挠行远捎眠m當?shù)膲嚎s技術減小信 息速率。如電話系統(tǒng)中采用 PCM編碼的語音速率為 64kbps,而如果采用壓縮編碼后，單路 話音的速率則可以降低到32kbps或更低，這樣在同樣的信道中能夠同時傳輸?shù)脑捖肪驮黾? .信道編碼與譯碼信道編碼的目的是為了增強通信信號的抗干擾能力。由于信號在信道傳輸時受到噪聲和干擾的影響，接收端恢復數(shù)字信息時可能會出現(xiàn)差錯，為了減小接收差錯，信道編碼器對傳輸?shù)男畔凑找欢ǖ囊?guī)則加入保護成分(監(jiān)督元)，組成差錯控制編碼。接收端的信道譯碼器按照相應的逆規(guī)則進行解碼，從中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤，提高通信系統(tǒng)的抗干擾性。 在計算機中廣泛使用的奇偶校驗碼就是最簡單的一種差錯控制編碼