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调试培训教材

●调试培训资料

●

●利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（WirelessCommunication），也称之为无线通信。

利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像以及广播和电视节目等通信业务。

●目前无线通信使用的频率从超长波波段到亚毫米波段（包括亚毫米波以下），以至光波。

无线通信使用的频率范围和波段见下表1-1。

●无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下面按波长分述如下：

Ø极长波（极低频ELF）传播

●极长波是指波长为1~10万公里（频率为3~30Hz）的电磁波。

理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小。

→微波传播

●微波是指波长小于1米（频率高于300MHz）的电磁波。

目前又按其波长的不同，分为分米波（特高频UHF）、厘米波（超高频SHF）、毫米波（极高频EHF）和亚毫米波（至高频THF）。

●微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。

其主要在对流层内进行。

总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。

另外，对流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。

利用这种散射作用可实现微波的超视距传播。

●WCDMA工作频段：

上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，属于微波波段，其电磁波传播方式为微波传播。

●何谓无线通信？

●WCDMA的工作频段？

该频段属于哪一波段？

●简述WCDMA的电磁波传播方式及其特点。

●利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（WirelessCommunication），也称之为无线通信。

●WCDMA工作频段：

上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，属于微波波段。

●WCDMA电磁波传播方式为微波传播，微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。

●绝对功率的dB表示

射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：

例如信号功率为xW，利用dBm表示时其大小为：

例如：

1W等于30dBm，等于0dBW。

●相对功率的dB表示

射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：

dB是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。

●电阻：

阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：

欧姆，Ω

●电压：

电位或电位差，单位：

伏特，V

●电流：

单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：

安培，A

●电感：

线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：

亨利，H

●电容：

一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：

法拉，F

●绝对功率的单位有哪几种常用的表达形式？

他们之间的换算关系为？

●相对功率的单位有哪几种常用的表达形式？

其区别为？

●天线的增益单位有哪几种常用的表达形式?

●电压、电流、电阻、电感、电容的单位分别为？

●信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR

解释：

很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。

峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。

通常概率取为0.01%。

●信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR

解释：

平均功率是系统输出的实际功率。

在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。

在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子。

峰均比的定义？

●峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。

通常概率取为0.01%。

平均功率是系统输出的实际功率。

在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。

在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子

●噪声定义

噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号（各类点频干扰不是算噪声）。

常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产物。

●信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。

产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。

另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。

●线性失真

线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失真非线性失真

非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真

●非线性幅度失真

非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量，下面分别讨论这三个指标。

●1dB压缩点

例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。

如下图：

●三阶交调

三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标，在这里仍以放大器为例来说明三阶交调指标。

用两个相隔⊿f，且电平相等的单音信号同时输入一个射频放大器，则放大器的输出频谱大致如下：

三阶交调常用dBc表示，即交调产物与主输出信号的比。

●三阶截止点

任一微波单元电路，输入双音信号同时增加1dB，输出三阶交调产物将增加3dB，而主输出信号仅增加1dB（不考虑压缩），这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶交调产物与主输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶截止点。

注意：

三阶截止点信号电平是不可能达到的，因为在这时早已超过微波单元电路的承受能力。

●信号通过射频通道时会产生哪些失真？

●非线性幅度失真主要用那些指标来衡量？

●信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。

产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。

另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。

●非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量。

在目前世界上的微波通讯系统一般分为两种特性阻抗，一种是50欧姆系统，如军用的微波、毫米波通讯系统，雷达，我们目前开发的蜂窝通讯系统GSM、WCDMA等；另一种是75欧姆系统，这种系统相对比较少，如我们目前使用的有线电视系统。

●驻波比

解释：

驻波系数式衡量负载匹配程度的一个指标，它在数值上等于：

由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是0~1，而驻波系数的取值范围是1~正无穷大。

射频很多接口的驻波系数指标规定小于2.0。

驻波比恶化意味着信号反射比较厉害，也就是说负载和传输线的匹配效果比较差。

所以在一个系统中，如果驻波比很差，可能会使信号传输效果变差，通道增益下降。

一个比较典型的例子就是灵敏度问题。

●回波损耗

回波损耗也是射频上用得比较多得一个名词，它和前面得反射系数、驻波比都是用来反映端口得匹配状况的。

回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率之比。

回波损耗与反射系数的关系为：

回波损耗＝20log（Γ）

由公式可以计算：

回波损耗为26dB时，对应的反射系数为0.05，驻波比为1.1。

由此也可以估计一下，驻波为2时的回波损耗是多少（9.5dB），也就可以理解对于功放后级的驻波要求为何严格。

●目前世界上的微波通讯系统一般分为哪两种特性阻抗？

●由反射系数的定义，反射系数的取值范围是？

而驻波系数的取值范围是？

射频很多接口的驻波系数指标规定小于多少？

●回波损耗定义？

写出回波损耗与反射系统的关系式方程。

●在目前世界上的微波通讯系统一般分为两种特性阻抗，一种是50欧姆系统，另一种是75欧姆系统。

●由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是0~1，而驻波系数的取值范围是1~正无穷大。

射频很多接口的驻波系数指标规定小于2.0。

●回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率之比。

回波损耗与反射系数的关系为：

回波损耗＝20log（反射系数）

●邻道泄漏（ACLR）

邻道泄漏指标是用来衡量发射机的带外辐射特性，定义：

邻道功率与主信道功率之比，通常用dBc表示，如下图：

（保护带、主信道、邻道）

射机的领道泄漏必然回对其他小区造成干扰，为了减小这种干扰，

领道泄漏必须尽可能的小，WCDMA的要求是：

第一邻道（偏离载频±5MHz）的ACLR≤45dBC；第二邻道（偏离载频±10MHz）的ACLR≤50dBC。

●杂散辐射

杂散辐射是指发信机在频谱发射模板规定的频率范围之外的频段内发射的、信号之外的其他信号，它包括谐波分量、寄生辐射、交调产物、发射机互调产物等。

这些杂散辐射都会对其他的无线通信系统造成干扰，对该指标的规定是为了提高系统的电磁兼容性能，以便与其他系统（如GSM）共存，当然这也保证了系统自身的正常运行，下面以WCDMA协议－3GPPTS25.141V3.6.0（2001-06）中规定的NodeB发射机的杂散辐射模板指标要求之一为例来说明：

回波损耗

回波损耗：

在高频场合,反映行波在保护设备的"过渡点"处被反射的比例.在这一参数下可直接衡量,保护器件与系统的涌波阻抗的匹配程度.

　　回波损耗：

returnloss。

回波损耗是表示信号反射性能的参数。

回波损耗说明入射功率的一部分被反射回到信号源。

例如，如果注入1mW（0dBm）功率给放大器其中10%被反射（反弹）回来，回波损耗就是10dB。

从数学角度看，回波损耗为-10log[（反射功率）/（入射功率）]。

回波损耗通常在输入和输出都进行规定。

　　回波损耗，又称为反射损耗。

是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射。

不匹配主要发生在连接器的地方，但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方，所以施工的质量是提高回波损耗的关键。

回波损耗将引入信号的波动，返回的信号将被双工的千兆网误认为是收到的信号而产生混乱。

　　它是指在光纤连接处，后向反射光（连续不断向输入端传输的散射光）相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。

　　通常要求反射功率尽可能小，这样就有更多的功率传送到负载。

典型情况下设计者的目标是至少10dB的回波损耗。

有时为了获得更好的噪声系数、IP3或者系统的增益就不能满足这个“凭经验得出的”10dB回波损耗的要求。

尽量将光纤端面加工成球面或斜球面是改进回波损耗的有效方法。

什么是S参数？

微波系统主要研究信号和能量两大问题：

信号问题主要是研究幅频和相频特性；能量问题主要是研究能量如何有效地传输。

微波系统是分布参数电路，必须采用场分析法，但场分析法过于复杂，因此需要一种简化的分析方法。

       微波网络法广泛运用于微波系统的分析，是一种等效电路法，在分析场分布的基础上，用路的方法将微波元件等效为电抗或电阻器件，将实际的导波传输系统等效为传输线，从而将实际的微波系统简化为微波网络，把场的问题转化为路的问题来解决。

微波网络理论在低频网络理论的基础上发展起来，低频电路分析是微波电路分析的一个特殊情况。

        一般地，对于一个网络有Y、Z和S参数可用来测量和分析，Y称导纳参数，Z称为阻抗参数，S称为散射参数；前两个参数主要用于集总电路，Z和Y参数对于集中参数电路分析非常有效，各参数可以很方便的测试；但是在微波系统中，由于确定非TEM波电压、电流的困难性，而且在微波频率测量电压和电流也存在实际困难。

       因此，在处理高频网络时，等效电压和电流以及有关的阻抗和导纳参数变得较抽象。

与直接测量入射、反射及传输波概念更加一致的表示是散射参数，即S参数矩阵，它更适合于分布参数电路。

       S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。

同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。

       阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。

散射参量可以直接用网络分析仪测量得到，可以用网络分析技术来计算。

只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。

       下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如图所示。

       二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11定义为从Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值，各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：

       S11：

端口2匹配时，端口1的反射系数 

       S22：

端口1匹配时，端口2的反射系数 

       S12：

端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数 

       S21：

端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数 

       对于互易网络，有：

S12＝S21对于对称网络，有：

S11＝S22 

       对于无耗网络，有：

（S11）方2＋（S12）方2＝1 

      我们经常用到的单根传输线，或一个过孔，就可以等效成一个二端口网络，一端接输入信号，另一端接输出信号，如果以Port1作为信号的输入端口，Port2作为信号的输出端口，那么S11表示的就是回波损耗，即有多少能量被反射回源端（Port1），这个值越小越好，一般建议S11<0.1，即－20dB，S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）了，这个值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，即－3dB。

微带线

　　适合制作微波集成电路的平面结构传输线。

与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等；但损耗稍大，功率容量小。

60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。

一般用薄膜工艺制造。

介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。

导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。

　　在手机电路中，一条特殊的印刷铜线即构成一个电感微带线，在一定条件下，我们又称其为微带线。

一般有两个方面的作用：

一是它把高频信号能进行较有效地传输；二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好地匹配。

　　1.PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。

影响PCB走线特性阻抗的因素主要有：

铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。

　　2.当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效应和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。

按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。

　　在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。

最常使用的微带线结构有4种：

表面微带线（surfacemicrostrip）、嵌入式微带线（embeddedmicrostrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。

　　3.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导（信号线）．与地平面之间用一种电介质隔离开。

。

印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。

如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。

单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关微带线

带状线是介于两个接地层之间的印制导线，它是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。

它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接层的距离有关。

如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的.单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距是无关的；仅取决于所用介质的相对介电常数

运营商对RRU整机目前主要有以下几个功率等级需求:

●额定2W,多通道（8或6）,即每个整机有8或6个功放.适合人口密集区的高密度覆盖.

●额定6W或者12W,单通道,主要适应偏远地区的广覆盖需求.

TD功放主要技术指标要求

●上/下行增益

●波形

●ACPR

●效率

●杂散

●开关响应时间

●前反向检测的方向性

●耦合平坦度

●噪声系数

●接受通道带外抑制

上/下行增益

●RRU功放下行增益一般在40dB~50dB左右，具体大小和误差范围因厂家要求有所区别。

但功放增益要足够大，保证系统变频板的输出不失真。

●上行LNA的增益与发射功率对应。

即发射功率大的RRU覆盖面广，上行增益要高些。

目前3W功放对应上行增益26dB左右，18W功放对应上行增益32dB左右。

波形

●相临6或间隔6载波,

PAR=7dB~7.5dB,加DPD

PAR=7.8dB~9dB,回退

ACPR

TD标准,ACPR:

<-40dBc@1.6MHz

<-45dBc@3.2MHz

客户最低要求,<-42dBc@1.6MHz

<-47dBc@3.2MHz

设计要求（常温）,<-47dBc@1.6MHz

<-49dBc@3.2MHz

●不加DPD,功放线性靠回退实现,发射效率一般要求12%左右.

●加DPD的功放,系统厂家削峰能力决定了效率,如果信号峰均比为9dB,效率一般16%以上;峰均比为7dB,效率可超过20%.

前反向检测的方向性

●客户系统通过前反向功率的检测来计算天线回波.

前向功率:

功放发射的功率;

反向功率:

天线端口反射的功率;

天线回波:

反向功率/前向功率;

●如果反向检测的功率有部分来自功放发射的前向功率,那么将导致天线回波计算错误.方向性用来衡量前向功率对反向检测链路的泄露情况.

一般来说总有部分前向功率会泄露到反向检测链路,所以方向性不能无穷好,实际上能做到20dB（假设前反向链路增益相同）已经很不错了.方向性的要求视系统对天线回波的检测精度来确定.如果要求检测到天线-15dB的回波,估计方向性至少要大于18dB.

TD功放的发展趋势

●小体积

简化功能,结构越做越小.例如两个功放一体（双通路）或功放与滤波器一体化等.

●高效率

效率由最初的9%到12%左右,引入DPD技术后效率要求提高到20%.在引入Doherty技术后,效率可能会提高到27%以上.

●低成本

市场竞争激烈,在满足客户指标要求的前提下,要求采用成本最低的方案.在不清楚器件最终成本的前提下,要同时准备多个方案.

　放大器参数说明

射频功率放大器的线性化技术 

   射频功率放大器的非线性失真会使其产生新的频率分量，如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频，对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。

这些新的频率分量如落在通带内，将会对发射的信号造成直接干扰，如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。

为此要对射频功率放大器的进行线性化处理，这样可以较好地解决信号的频谱再生问题。

射频功放基本线性化技术的原理与方法不外乎是以输入RF信号包络的振幅和相位作为参考，与输出信号比较，进而产生适当的校正。

实现射频功放线性化的常用技术有三种：

功率回退、预失真、前馈。

1、功率回退

   这是最常用的方法，即选用功率较大的管子作小功率管使用，实际上是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。

   功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB压缩点（放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。

随着输入功率的继续增大，放大器渐渐进入饱和区，功率增益开始下降，通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。

）向后回退6-10个分贝，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。

一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。

   功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，缺点是效率大为降低。

另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。

因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。

2、预失真

   预失真就是在功率放大器前增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性失真。

   预失真线性化技术，它的优点在于不存在稳定性问题，有更宽的信号频带，能够处理含多载波的信号。

预失真技术成本较低，由几个仔细选取的元件封装成单一模块，连在信号源与功放之间，就构成预失真线性功放。

手持移动台中的功放已采用了预失真技术，它仅用少量的元件就降低了互调产物几dB，但却是很关键的几dB。

   预失真技术分为RF预失真和数字基带预失真两种基本类型。

RF预失真一般采用模拟电路来实现，具有电路结构简单、成本低、易于高频、宽带应用等优点，缺点是频谱再生分量改善较少、高阶频谱分量抵消较困难。

   数字基带预失真由于工作频率低，可以用数字电路实现，适应性强，而且可以通过增加采样频率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真，是一种很有发展前途的方法。

这种预失真器由一个矢量增益调节器组成，根据查找表（LUT）的内容来控制输入信号的幅度和相位，预失真的大小由查找表的输入来控制。

矢量增益调节器一旦被优化，将提供一个与功放相反的非线性特性。

理想情况下，这时输出的互调产物应该与双音信号通过功放的输出幅度相等而相位相反，即自适应调节模块就是要调节查找表的输入，从而使输入信号与功放输出信号的差别最小。

注意到输入信号的包络也是查找表的一个输入，反馈路径来取样功放的失真输出，然后经过A/D变换送入自适应调节DSP中，进而来更新查找表。

3、前馈

   前馈技术起源于"反馈"，应该说它并不是什么新技术，早在二三十年代就由美国贝尔实验室提出来的。

除了校准（反馈）是加于输出之外，概念上完全是"反馈"。

   前馈线性放大器通过耦合器、衰减器、合成器、延时线、功分器等组成两个环路。

射频信号输入后，经功分器分成两路。

一路进入主功率放大器，由于其非线性失真，输出端除了有需要放大的主频信号外，还有三阶交调干扰。

从主功放的输出中耦合一部分信号，通过环路1抵消放大器的主载频信号，使其只剩下反相的三阶交调分量。

三阶交调分量经辅助放大器放大后，通过环路2抵消主放大器非线性产生的交调分量，从而了改善功放的线性度。

   前馈技术既提供了较高校准精度的优点，又没有不稳定和带宽受限的缺点。

当然，这些优点是用高成本换来的，由于在输出校准，功率电平较大，校准信号需放大到较高的功率电平，这就需要额外的辅助放大器，而且要求这个辅助放大器本身的失真特性应处在前馈系统的指标之上。

   前馈功放的抵消要求是很高