TD-SCDMA直放站时域切换特性测试分析

0 前言

TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）技术是国际电联ITU正式发布的第三代移动通信系统标准之一，其关键技术有可调整上下行切换点的时分双工、智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配等。TD-SCDMA的优势突出表现在系统抗干扰和系统容量之间得到了很好的均衡、对混合业务的高效支持、系统自身有良好的持续发展和技术演进能力。

直放站是移动通信网络的重要组成部分，是网络扩容和优化的主要对象。直放站也是解决室内覆盖的重要设备。在TD-SCDMA系统中正确合理地使用好直放站，能提高网络利用率，降低网络建设、运维成本，提高网络性能。随着TD-SCDMA规模试验网建设的不断深入，TD-SCDMA直放站的重要性得到了直观的体现。它可以增加网络覆盖，使施主基站的覆盖得到延伸，也能增加空闲基站的话务负荷，或是分摊繁忙基站的话务量起到优化网络的作用。

1 TD-SCDMA直放站的时域特性

TD-SCDMA直放站目前工作频率是2010MHz～2025 MHz，信号的码片速率为1.28MHz/s，扩频带宽或信道间隔为1.6MHz，调制方式为QPSK/8PSK，接入技术为DS-CDMA/TDMA，采用不需配对频率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的，因此时域切换指标的测试至关重要。

TD-SCDMA的物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙/码。图1为TD-SCDMA的物理信道信号格式。

图1 TD-SCDMA的物理信道信号格式

TD-SCDMA帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙（TS0～TS6，每个时隙长度为864码片，占675μs）和3个特殊时隙。三个特殊时隙分别为下行导频时隙DwPTS（长度为96码片，占75μs）、主保护时隙GP（长度为96码片，占75μs）和上行导频时隙UpPTS（长度为160码片，占125μs）。在7个常规时隙中TS0总是固定用作下行时隙来发送系统广播信息，是广播信道P-CCPCH独自占用的时隙，而TS1总是固定用作上行时隙，其他的常规时隙可以根据需要灵活配置成上行或下行，以实现上、下行不对称业务的传输，上下行的转换由一个转换点（Switch Point）分开。

每个5ms的子帧有两个转换点（下行链路DL到上行链路UL和UL到DL），第一个转换点固定在TS0结束处，位置在DwPTS和UpPTS之间的GP；而第二个转换点则取决于小区的上下行时隙配置，位置在每个子帧中最后一个上行时隙和第二个下行时隙之间（见图1）。其中，第一个转换点相对于每个子帧的开始时间是固定的；第二个转换点随着分配给上下行的时隙数不同而变化。

在TD-SCDMA系统中，上行链路信号和下行链路信号处于同一频率，通过时分复用的方式区分上行和下行，而且根据不同的业务需要，还可以灵活配置上下行时隙来改变功率开关切换点，以满足上、下行非对称业务的需求。这对TD-SCDMA直放站设备的上、下行同步提出了很高的要求。TD-SCDMA直放站需要获取两个转换点位置信息，完成对射频信道的上下行切换，使时分方式下的收发同步切换控制。因此，在TD-SCDMA直放站所有指标测试中，时域切换测试是最困难的。

2 切换特性测试指标

下面基于相关国标中TD-SCDMA直放站设备技术要求的切换同步功能时域部分的测试进行分析。

(1)直放站上下行开关打开时间的提前量和关闭时间的滞后量应大于2μs，如图2所示；

图2 切换特性测试指标要求

(2)上下行开关转换点落在TD-SCDMA帧中相应的上下行转换点的间隔不得小于3μs；

(3)功率开关上升沿和下降沿在低于-70dBm 起始点90%功率之内小于2μs；

(4)功率开关时间抖动偏差不得偏离1μs；

(5)时隙调节功能要求时隙调整偏差为675±0.5μs；

(6)功放开关同步控制功能：同步信号丢失后(包括GPS)，功率同步开关应能保持持续时间5s～60s，在保持时间内满足功率开关时间偏差不得偏离±1μs，持续5至60s后上下行功放应自动关闭。

3 切换特性测试方法分析

以无线直放站为例，本文介绍并分析两种TD-SCDMA切换特性测试方法。

3.1 方法一

图3 测试方法一的连接结构

测试方法一的连接图如图3所示，其具体过程如下所述。

⑴用TD-SCDMA信号源1单独产生下行时隙信号，并与连续波CW信号源1合路后输出；用TD-SCDMA信号源2单独产生上行时隙信号，并与CW信号源2合路后输出；为了对信号源的保护，合路后的信号一般经过30dB衰减器后经环行器接入直放站。

⑵输入直放站的信号采用TD-SCDMA信号和CW信号的合路信号，目的是为了准确地看出直放站的开关切换时间和上下行打开的时间提前量和关闭的时间滞后量。

⑶对于直放站输出经环行器后的信号也要接30dB或40dB衰减器，确保直放站的收发隔离度大于增益10dB，避免产生自激。

⑷10MHz同步信号是仪器本身产生的标准参考源，由频谱仪(10MHz OUT)输出分别输入另两台信号源(10MHz IN)，互连可以防止帧结构的抖动，确保测试精度小于0.1μs。

⑸由外部提供的低频触发信号同时连接三台仪器的外触发输入是为了产生的上下行TD-SCDMA格式信号能同步，在频谱仪上的显示扫描也能同步。这样才能准确地测出各个指标的时间误差。

以Agilent公司的E4438C矢量信号源和E4440A频谱仪为例，这种方法的测试流程为：

⑴将TD-SCDMA信号发生器1和TD-SCDMA信号发生器2产生有上下行规定时延的测试模式1信号，触发方式设为外部触发，并将信号电平设置在直放站启动灵敏度电平以上。

⑵开启CW信号发生器1和CW信号发生器2，调整其输出电平低于TD-SCDMA 信号电平20dB。

⑶将直放站设置为正常工作模式下，直放站增益为最小。

⑷设置频谱仪扫宽为0Hz（Span=0）、RBW=3MHz、SweepTime=2ms、触发方式设为外触发输入。

⑸设置频谱仪的触发延时（TrigDelay=-750μs）,并减小扫描时间（SweepTime），即可放大GP值，然后再局部放大，分别精确读出功率切换开关的关闭滞后量、转换间隔、开启提前量及切换抖动，如图4所示。

图4 频谱分析仪上相关数据

⑹加大频谱仪扫描时间值，调节TD-SCDMA信号发生器产生模式1信号的时隙配置，即3:3、4:2、5:1，频谱仪测试并计算时隙调整偏差。

⑺开关TD-SCDMA信号源或GPS接收机，观察功放开关同步控制功能。

⑻对第二切换点时域切换特性测试，要根据上下行时隙配置比，计算增加频谱仪的触发延时值，即可显示第二切换点的时域图，第二切换点的保护时隙GP长度为16码片（占12.5μs），测试方法同上。

测试不同类型的直放站，衰减器要根据上下行最大输出功率略作调整，以保证输出信噪比和上下行隔离度足够好。如干放或光纤站上行发射功率很小，在连接图（图3）中左侧的两个衰减器可去掉。输出功率衰减调节不当的后果：功率太大会烧毁仪表，太小会使信号矢量幅度误差（EVM）值变差（即信噪比变差）。

3.2 方法二

另一种测试方法用一个TD-SCDMA信号源产生上下行所有时隙信号，由于上下行输出功率的不对称，一般发生上行时隙的功率要比下行时隙的信号功率小，由TD-SCDMA信号源EVENT1输出触发频谱仪EXT TRIGGER INPUT来进行，如图5所示。

图5 测试方法二的连接结构

3.3 两种方法的比较

测试方法一的主要优点有：上下行输入功率可以分别灵活调节，在进行各项指标测试时比较方便，且不需考虑直放站的信号输入端的隔离，在测试过程中只需考虑直放站的信号输出端的隔离度。其缺点在于信号源较多，还需要外部触发源，提高了测试成本。如果缺少外部触发源，也可用TD-SCDMA信号源1的EVENT1输出触发TD-SCDMA信号源2和频谱仪，但需要补偿TD-SCDMA信号源2的启动时延（需要单独用频谱仪先校准，E4438C约4μs）。

测试方法二的主要缺点有：在改变信号源功率时，上下行时隙功率会同时改变而不能单独控制，而且在测试过程中必须考虑直放站的信号输入端和信号输出端两个回路的隔离度，确保直放站在最大增益时不自激。其优点在于少用了两台测试信号源，而且不需考虑产生上下行时隙的同步问题，一定程度上降低了测试成本。

4 结束语

利用本文所述的两种方法，我们可以通过带TD-SCDMA功能的矢量信号源和连续波信号源，利用高精度频谱仪，在时域上清晰地观察和分析TD-SCDMA信号的帧结构、各时隙状态及上下行切换特性，优化TD-SCDMA直放站产品的设计和生产流程，便于更好地开展相关产品的入网或型号核准测试。