实用射频测试和测量

### TD-SCDMA射频测试解决方案详解 #### 一、引言 随着移动通信技术的飞速发展，第三代移动通信标准TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址接入）作为中国自主知识产权的3G标准，在国内外市场中占据了重要的位置。为了确保TD-SCDMA网络的成功商用，对网络设备进行全面而严格的测试至关重要。本文将详细介绍TD-SCDMA射频测试解决方案中的关键技术和应用案例。 #### 二、TD-SCDMA射频测试概述 TD-SCDMA射频测试主要包括接收机测试、发射机测试（包括直放站测试）、射频一致性测试以及终端校准等几个方面，旨在确保设备在实际运行中的性能稳定性和可靠性。 #### 三、TD-SCDMA接收机性能指标测试 ##### 3.1 测试原理与标准 根据3GPPTS25.142（基站）和TS34.122（终端）的射频一致性测试规范，TDD模式下的无线传输和接收部分都定义了相应的发射机和接收机以及系统的性能指标。无论对于基站还是终端而言，绝大部分的接收机测试项目最终都是针对BER（Bit Error Rate, 比特误码率）/BLER（Block Error Rate, 块误码率）的测试。 ##### 3.2 测试工具与方案 - **N7612B Signal Studio for TD-SCDMA软件**：搭配信号发生器ESG或MXG，为TD-SCDMA及TD-HSDPA信号产生提供了一整套完备的解决方案，完全符合3GPP以及中国通信标准委员会（CCSA）的规范要求。 - **高级功能**：提供了全面编码的测试信号，特别适合在PRACH或DPCH信道上执行接收机BER/BLER测量。可以通过设置数据净荷的编码方式，例如仅采用物理层编码或物理层加传输层编码，以便在测试过程中更好地隔离不同的接收机模块。 - **特定测试**：可以在DwPCH中选择S1/S2旋转，测试终端能否正确识别P-CCPCH复帧结构；或者在UpPCH信道中设置不同的上行发送定时偏置，以检验模块或系统的性能。 #### 四、TD-SCDMA发射机测试方案 ##### 4.1 测试标准 基站的射频一致性测试规范主要依据3GPPTS25.142。 ##### 4.2 测试工具与方法 - **PSA高性能频谱分析仪**：结合TD-SCDMA测试套件（选件211，212，213）提供了符合3GPP标准规定的发射机测试方案。这些选件支持一键式测量，自动优化参考电平和衰减，极大地简化了测试过程。 - **底噪性能**：PSA在2GHz左右的底噪性能可达到-167dBm/Hz，典型值为-169dBm/Hz，远超规范要求的-82dBm/1.28MHz。 - **特殊测试技术**：采用两次扫描法，利用PSA的快速衰减器开关和内置预放开关，对于不同信号强度的时段采用不同的衰减器和预放设置。这种方法可以同时测量高达+33dBm的有用时隙功率和-82dBm以下的关断功率。 #### 五、直放站测试 ##### 5.1 测试原理 TD-SCDMA直放站是双向工作的，需要同时测量上行和下行信号。 ##### 5.2 测试工具与方案 - **MXG或ESG**：配合专用软件N7612B Signal Studio for TD-SCDMA可以配置并产生直放站测试所需的上下行时隙同时打开的测试信号（包括DwPTS和UpPTS）。 - **PSA的TD-SCDMA测试套件**：包括选件211，212和213，可以分析直放站的输出信号。通过灵活配置每个时隙的码道、扩频因子、调制方式、功率、midamble、以及DwPTS相位旋转，实现更精准的测试。 #### 六、结论 TD-SCDMA射频测试解决方案覆盖了接收机性能指标测试、发射机测试等多个方面，通过使用诸如N7612B Signal Studio for TD-SCDMA软件、PSA高性能频谱分析仪等先进工具和技术，可以有效地确保TD-SCDMA网络设备的性能稳定性和可靠性。这对于推动TD-SCDMA技术的发展和应用具有重要意义。

计算射频链路的级联特性，计算射频接收和发射的链路计算，包括噪声系数、架构设计、指标分解、电路、增益设计等。

在“中兴2024射频天线岗位笔试”中，我们关注的是与射频天线技术相关的专业知识。射频天线是无线通信系统中的关键组成部分，它们负责发射和接收电磁波，使得数据能够在无线环境中传输。以下是一些可能涉及的重要知识点： 1. **射频基础知识**：射频（RF）是指频率在3kHz到300GHz范围内的电磁波，这些波用于无线通信。了解射频的基本特性，如频率、波长、功率、衰减等，是射频工程师的基础。 2. **天线类型**：包括偶极子天线、抛物面天线、鞭状天线、微带天线、Yagi天线、阵列天线等。每种类型的天线都有其特定的应用场景和性能特点，例如偶极子天线简单且适用于短距离通信，而抛物面天线则常用于卫星通信。 3. **天线参数**：增益、方向性、阻抗匹配、半功率波束宽度（HPBW）、辐射效率等是衡量天线性能的关键参数。增益表示天线相对于理想无方向性天线的辐射能力，方向性指天线在不同方向上的辐射强度差异。 4. **馈线与匹配网络**：馈线将信号从发射器或接收器传输到天线，匹配网络确保天线与馈线之间的阻抗匹配，以减少信号损失。 5. **天线设计**：设计天线时需要考虑工作频率、覆盖范围、尺寸限制、环境因素等。例如，高频天线通常体积小，但覆盖范围有限；低频天线则相反。 6. **射频传播**：理解自由空间传播、多径传播、反射、折射和散射等现象对无线通信的影响，以及如何通过天线设计来优化信号质量。 7. **多选题涉及内容**：根据标签中的多选题部分，可能涉及了多个概念的组合，比如调制方式（AM、FM、PM）、信道编码（如卷积编码、Turbo编码）、射频前端组件（混频器、滤波器、放大器）、无线通信标准（如4G、5G）、天线阵列设计原则等。 8. **射频系统**：射频天线在实际应用中，是整个无线通信系统的一部分，包括发射机、接收机、调制解调器、频率合成器等。理解这些组件的工作原理及其相互作用至关重要。 9. **电磁兼容性（EMC）**：在设计射频设备时，必须考虑到与其他电子设备的电磁兼容性，以避免干扰和性能下降。 10. **射频法规与标准**：熟悉各国和地区的无线通信法规，如FCC、ITU的规定，以及各种国际标准（如IEEE 802.11、3GPP等），对于设计符合规范的产品非常重要。 以上知识点是射频天线工程师应具备的基础知识，也是在类似中兴这样的企业笔试中可能被考察的内容。深入理解和掌握这些概念，将有助于在射频天线岗位上取得成功。

### 2G 3G无线通信模块的天线设计指南 #### 天线设计的重要性及其基本流程 在当今高度依赖无线通信技术的社会中，天线的设计对于确保通信系统的可靠性和性能至关重要。特别是在2G和3G无线通信模块的背景下，正确的天线设计能够显著提升数据传输的稳定性、通话质量和整体系统效能。芯讯通无线科技（SIMCom Wireless Solutions Co., Ltd.）作为一家专业的无线通信模块提供商，在M2M（物联网）领域拥有丰富的经验和广泛的应用案例。基于多年来的客户支持和服务经验，芯讯通总结了一套关于无线通讯产品的天线设计流程、注意事项以及性能判定标准。 ##### 天线设计流程 天线的设计流程主要包括以下几个关键步骤： 1. **产品立项**：确定产品的功能需求和技术规格。 2. **结构堆叠**：在这一阶段，天线制造商需介入并评估天线结构，初步确定天线类型。 3. **PCB设计/改版**：根据选定的天线类型，预留天线使用空间。如果PCB需要修改，天线也需要重新调试。 4. **天线结构评估**：进一步细化天线的具体结构细节。 5. **天线类型确定**：根据产品特性和环境要求选择最适合的天线类型。 6. **天线区域确定**：确定天线在产品中的具体位置。 7. **确定天线形状/天线匹配**：天线厂家根据前期评估和实际环境确定天线的形状，并调整匹配电路。 8. **天线调试**：通过调试确保天线性能符合预期。 9. **测试验证**：分为无源测试（如方向图、增益、输入阻抗、效率等）和有源测试（如发射功率和接收灵敏度）。这些测试是评估天线性能的重要依据。 10. **性能满足**：如果测试结果满足所有性能标准，则进入下一阶段；如果不满足，则需返回上一步骤进行调整。 11. **结束**：完成所有的设计和测试后，项目进入生产阶段。 #### 天线设计注意事项 1. **工作频段的确定**：天线调试之前，必须首先确定其工作频段。不同的频段对应着不同的天线形式和性能标准。例如，GSM850频段的工作频率范围为869-894 MHz（接收）和824-849 MHz（发射），而WCDMA Band I则为2110-2170 MHz（接收）和1920-1980 MHz（发射）。 2. **天线形式的选择**： - 内置天线适用于大部分手持设备和小型终端产品，如Monopole天线、PIFA天线、贴片陶瓷天线、FPC天线等。 - 外置天线则适用于安装环境复杂或者需要更稳定通信连接的产品，如棒状天线、拉杆天线、螺旋天线、车载天线等。 3. **注意事项**： - 在恶劣环境中使用的产品（如车载设备、无线抄表系统等），应优先选择外置天线以提高信号接收能力。 - 如果产品内部存在大量金属结构或强干扰源（如高速数字信号处理电路），应选择外置天线以减少干扰。 - 内置天线的选择应综合考虑产品的结构、成本和性能需求。 - 为了确保天线性能，天线周围应保持尽可能空旷，避免接近大体积金属器件或其他潜在干扰源。 #### 总结 天线设计是一个复杂的多学科交叉领域，它不仅涉及到电子工程的基础理论，还需要考虑到实际产品的物理限制和环境因素。通过对天线设计流程的理解和掌握，可以有效提升2G和3G无线通信模块的整体性能，从而更好地服务于物联网和其他无线通信应用场景。芯讯通无线科技提供的天线设计指南为设计师们提供了一个宝贵的参考框架，有助于他们在设计过程中做出更加合理的选择。

1.13-1.73GHz波导同轴转换仿真，VSWR<1.27 同轴端口馈电，波端口模拟波导口

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"自适应前馈射频功率放大器设计" 自适应前馈射频功率放大器设计是指采用自适应前馈技术和包络检测技术来设计射频功率放大器。这种技术考虑到实际中可能遇到的问题，从而对复杂问题进行简化，不仅从理论上，而且从实践上证实了他的可实现性。 在现代无线通信中，人们广泛采用工作于甲乙类状态的大功率微波晶体管来提高传输功率和利用效率。然而，无源器件及有源器件的引入、多载波配置技术的采用等，都将导致输出信号的互调失真。因此，在设计射频功率放大器时，必须对其进行线性化处理，以便使输出信号获得较好的线性度。 常用的线性化技术包括功率回退、预失真、前馈等。其中，功率回退技术能有效地改善窄带信号的线性度，而预失真技术和前馈技术，特别是前馈技术，由于其具有高校准精度、高稳定度以及不受带宽限制等优点，成了改善宽带信号线性度时所采用的主要技术。 本文首先简述了普通的前馈线性化技术，然后在此基础上进行改进，添加了自适应算法，并通过信号包络检测技术提取出带外信号进行调节，从而达到改善输出信号线性度的目的。 前馈基本原理最基本的前馈放大器原理如图1所示。他由2个环路组成：环路1由功分器、主放大器、耦合器1、衰减器1、相移器1、延时线1、合成器1组成。输入的RF信号，即2个纯净的载波信号，经功分器后被分成两支路信号：上分支路为主功率放大器支路，纯净的RF载波信号经过该支路后产生放大后的载波信号和互调失真信号；下分支路为附支路，纯净的RF载波信号经过该支路后被延时，主功率放大器支路输出的非线性失真信号经衰减器1和相移器1后，与附支路输出的信号在合成器1中合成，调节衰减器1和相移器1使两支路信号获得相等的振幅、180''相位差以及相等的延迟。 环路2，也叫失真信号消除环路，由延时线2、辅助放大器、衰减器2、相移器2、耦合器2组成。同样也有两条分支支路：上分支路将主放大器输出的非线性失真信号延时后送人耦合器2；下分支路将环路1提取出的互调失真信号进行放大、衰减、相移后也送人耦合器2，调节衰减器2和相移器2，直到耦合器2输出的信号中互调失真信号最小，也就是IMD最小，则此时输出的信号就是放大的射频信号。 自适应前馈射频功率放大器的设计中，引入了自适应技术，以便能及时获得载波信号在振幅、相位以及延时上的匹配。自适应前馈系统的结构如图2所示。他由3个环路构成：环路1主要用于提取互调失真信号，环路2主要用于消除失真信号，而环路3则主要用于检测互调失真信号功率。 在具体的实现结构上，在合成器1后面又添加了功分器2，其目的是对信号υd(t,g, ψ)进行功率检测，很明显，如果调节α使得合成器1两输入信号的幅度、相位以及延迟都达到匹配，那么这里检测到的功率将只有互调失真信号υe(t)的平均功率尸+而他是很小的，换句话说，如果检测到功分器2输出的功率足够的小，那么此时对α的调节就达到了最优，即RF载波信号已被最大程度的消除了，而保留下来的仅有互调失真信号υe(t)。 进入环路2的互调失真信号经过辅助放大器放大，矢量调制器2（其调制系数为复系数β）调节后，与经过延时线2的主放大器输出信号在合成器2中合成。该环路对互调失真信号的振幅及相位调节同样也采用自适应技术，其数学原理如上所述，但在实现的结构上，却与环路1不同，环路1是通过直接检测合成器1的输出信号来判定RF载波信号是否被抵消到最小值，而环路2在判定互调失真信号是否被抵消到最小值时，却需要引入第三个环路。 我们知道，对于相同功率的输出信号，线性信号的包络要大于非线性信号的包络，而二者的包络差值信号就是互调失真信号，最大限度减小其包络差值信号，就能最大程度地改善输出信号的线性度，从而减小IMD。环路3的工作原理正在于此。他处理的两路信号一路是线性信号，即经过延时线3及功分器4的RF载波信号，另一路是非线性信号，即经前馈系统环路1和环路2后由合成器2输出的信号。

STM8S SX1278 项目和源代码是一个针对STM8S微控制器与SX1278 LoRa模块相结合的开发项目。STM8S是STMicroelectronics公司生产的一款8位微控制器，广泛应用于各种嵌入式系统，因其低功耗、高性能和低成本而受到青睐。SX1278则是Semtech公司生产的长距离、低功耗无线通信芯片，适用于LoRa（Long Range）技术，这种技术在物联网(IoT)应用中非常流行，因为它提供了远距离通信和高能量效率。 STM8S微控制器的知识点包括： 1. **架构**：STM8S采用增强型8051内核，具有高性能和低功耗的特点。 2. **内存配置**：包含闪存、SRAM以及EEPROM等存储资源，用于存储程序代码和数据。 3. **外设接口**：如GPIO（通用输入/输出）、SPI（串行外围接口）、I2C（(inter集成电路)总线）等，这些接口在与SX1278交互时起到关键作用。 4. **定时器和中断**：用于控制执行时间以及处理来自外部事件的响应。 5. **电源管理**：STM8S具备多种省电模式，适应不同应用场景。 SX1278 LoRa模块的知识点包括： 1. **LoRa技术**：LoRa是一种扩频调制技术，通过长码扩频增加信号传输距离，同时保持较低的功耗。 2. **工作频率**：SX1278通常在ISM(工业、科学和医疗)频段工作，如433MHz、868MHz或915MHz，具体取决于地区法规。 3. **数据速率**：LoRa能在宽广的带宽范围内调整数据速率，从0.3kbps到50kbps不等，以平衡距离和数据速率。 4. **扩频因子(SF)**：决定了信号的传播距离和数据速率，SF越高，传输距离越远但数据速率越慢。 5. **接收灵敏度**：SX1278具有极高的接收灵敏度，能接收微弱信号，进一步增强了其通信距离。 6. **SX1278接口**：与STM8S通过SPI进行通信，实现配置和数据交换。 项目代码中的知识点可能涵盖： 1. **初始化配置**：对STM8S的时钟、GPIO、SPI接口等进行初始化设置，以便与SX1278建立连接。 2. **LoRa通信协议**：实现LoRa的帧结构、地址管理和错误校验。 3. **数据发送与接收**：通过SPI接口向SX1278发送数据，并接收LoRa解调后的数据。 4. **功率控制**：根据实际需求调整SX1278的发射功率。 5. **错误处理**：包括硬件错误检测和通信错误恢复机制。 6. **应用层功能**：可能包括传感器数据采集、远程控制等功能，体现了LoRa技术在物联网应用中的实用性。 这个项目对开发者来说极具参考价值，因为可以学习到如何将STM8S微控制器与LoRa通信芯片结合，构建长距离无线通信系统。通过研究源代码，可以深入理解LoRa通信的实现细节以及STM8S的外设使用技巧，这对于设计和开发类似系统具有很大的指导意义。

在无线通信领域，分式规划（Fractional Programming, FP）是一种强大的工具，常用于解决复杂的优化问题，如信号传输的功率控制。FP涉及到数学优化理论，它允许我们以分数形式表达目标函数，使得问题的结构更为清晰且易于处理。本文将深入探讨分式规划在无线通信中的应用，以及如何借助Matlab进行实现。 分式规划的核心在于其目标函数是由分子和分母两部分构成的分数，这种形式特别适合处理涉及比例或比率的优化问题。在无线通信中，一个常见的应用场景是功率控制，目标是最大化系统整体的吞吐量或最小化干扰，同时确保每个用户的最低服务质量。 二次变换是解决分式规划问题的一种有效方法。通过将分式转化为等价的凸二次形式，我们可以利用凸优化算法来求解。例如，Dinkelbach算法就是一个经典的二次变换技术，它将原分式问题转化为一系列无理函数的线性优化问题，从而简化了求解过程。 功率控制在无线通信中至关重要，因为它直接影响到信号质量、覆盖范围和能效。在多用户环境中，功率控制需要平衡各个用户的信号强度，防止强信号对弱信号的干扰，同时保证网络资源的公平分配。分式规划可以有效地解决这个问题，通过优化发射功率，达到提升系统性能的目的。 Matlab作为强大的数值计算软件，提供了丰富的工具箱，如CVX，用于处理凸优化问题。CVX允许用户以高阶语言的形式定义优化问题，自动处理内部的凸优化转换和求解过程。在分式规划的Matlab实现中，我们可以首先定义分式目标函数和约束条件，然后调用CVX进行求解。这种方法不仅降低了编程难度，还提高了问题求解的效率。 在实际操作中，我们需要编写Matlab代码来构建分式规划模型，这通常包括以下几个步骤： 1. 定义变量：声明需要优化的变量，如功率分配。 2. 定义目标函数：用分式形式表示目标函数，如系统吞吐量或干扰比。 3. 设置约束：根据无线通信场景，设定功率限制、信噪比阈值等约束条件。 4. 使用CVX：导入CVX库，声明问题为凸优化问题，并调用`cvx_begin`和`cvx_end`来包围目标函数和约束。 5. 求解问题：运行Matlab，CVX会自动处理内部转化并找到最优解。 6. 分析结果：输出优化后的功率分配方案，评估系统性能。 通过以上步骤，我们可以利用Matlab和CVX有效地解决无线通信中的分式规划问题，实现功率控制策略，提高网络性能。在实际应用中，还需要结合无线通信系统的具体特性，如信道模型、用户分布等因素，对模型进行调整和优化，以获得更贴近实际的解决方案。