TD-SCDMA终端频率稳定度一致性测试研究

TD_SCDMA是一个全新的无线通信系统，它综合了FDMA、SDMA、TDMA、CDMA四项多址接入技术。并采用了智能天线、上行同步、功率控制、接力交换等多项关键技术。经过几年的努力，无论终端还是基站都有了较迅速的发展，目前正处于商用产品的研发阶段，而终端一致性测试是终端产品设计方案成熟与完善的基础和关键因素之一。

在实际通信过程中，载波信号频率将因为基站的频率误差和多普勒频移产生明显的误差，基站通过AFC(自动频率控制)来调整终端的载频，从而减小频偏，如果频偏太大将会导致信号无法解调。因此，为得到可靠的结果，在后一种情况中，必须对从基站接收到的信号进行足够时间的平均，来确保因为噪声和干扰引起的频率稳定度限制在±0.1 PPM范围内。并且，在测试误差矢量幅度(EVM)时，也必须先去掉频偏的影响。文献[5-7]中都介绍了频偏的具体计算方法，但都没有具体指出频率稳定度是如何计算的。本文通过分析频率稳定度一致性测试方案及其测试意义，提出了一种测试频率稳定度算法，并给出了相应的仿真及测试结果。仿真及测试结果表明，该算法满足3G协议TD-SCDMA终端射频频率稳定度一致性测试要求，因此可以作为测试终端频率稳定度算法。

1 测试方案

频率稳定度是频率误差在足够时间上平均的结果，因此要测试终端的频率稳定度，必须先计算出系统的频偏。频偏是指发射机的载波频率与测量设备的载波频率之差。终端发射机可靠的频率稳定度是连接的先决条件，如果测试的频率稳定度在±0.1×10-6范围内，假设系统载波为2 GHz，则终端频偏不应超过±200 Hz，因此频率偏差测量精度应至少达到±10 Hz。考虑到待测终端可能是未经射频校准的，因此频偏算法中可以估计的应至少达到正负几kHz的范围就认为其频率稳定度指标满足要求，可以得到正确的发射机频率信息。

测试模型框图如图1所示，输入的射频信号经过理想接收机得到I/Q基带信号并被采样变为数字信号，采样后的数字信号通过滚降系数为0.22的RRC滤波器进行滤波得到测量信号Z。参考信号R按照相应的发射机规范通过测量设备构建，测量信号先经过理想的解扰、解扩、解调后，再进行调制、扩频、加扰，然后加扰后的输出信号经过同样的滚降系数为0.22的升余弦RC滤波器滤波，得到一个与测量信号状态相同但几乎未失真的数字采样信号。

2 具体算法原理及推导

2.1 系统假设

在进行具体的算法推导之前，我们作几点假设，第一，在本测试方案中，对于一个时隙，信号的相位延迟认为是恒定的，是不随时间变化的；第二，假设待测载波频偏在一个时隙内是恒定的。考虑到频偏、初始相位对终端发射信号的影响，最佳采样时刻的终端测量信号Z可表示为：

式中：Az(n)为测量信号增益因子，Tc=1／1.28e6是码片间隔时间，φ(n)是信号在判决时刻n的任意绝对相位，△φ0是信道产生的相位延迟，△f是载波频偏，ω是AWGN(加性白高斯噪声)信号，n=1，2，…，N为测试码片数。

通过测试算法，去除频率误差、初始相位、确定最佳采样时刻后，并进行解调调制后可得理想的参考信号R可表示为：

2.2 具体算法

由定义可知，由式(1)可知，频偏信息包含在测量信号Z(N)的相位里。因此，先求出信号的相偏，相偏的梯度即为频偏。

由于参考信号和测量信号都是复数信号，因此可以采用共轭复数相乘的方法分别求出参考信号和测量信号的相偏。推导如下：

由式(5)中只含有频偏的影响，因此求出△Z-R(n)的相位即为参考信号与测量信号的相偏，而相偏的梯度即为频偏。因此，由(5)式可得：

3 仿真及测试结果

为分析本研究的仿真，用Agilent E4438C信号源产生标准的终端信号，使终端信号通过Agilent E44106A矢量信号分析仪对数据进行采样，采样后的数据输入到MATLAB环境中，根据上面所论述的频率稳定度算法，对数据进行处理、分析图2和3分别显示了未消除频偏影响和消除频偏影响后数据的星座图仿真结果。如图2和3所示，由于受LO、滤波器性能、多普勒频移及放大器的AM-PM转换性能差的影响，消除频偏前，信号质量很差。消除了频偏的影响后，调制信号质量有了明显的改善。并且从图3可以看出：本文所提出的频率稳定度算法计算出的频偏误差比较小，因此对信号质量影响很小。图4是基于单码道12.2 kbit／s上行参考测量信道的频率稳定度测试结果，从测试结果可以直接看出算法结果符合3G协议关于频率稳定度的规定范围。由此可见，本文提出的算法满足3G协议要求，可以作为TD-SCDMA终端频率稳定度算法。

4 结 论

终端发射机可靠的频率稳定度是连接的先决条件，频率稳定度测试强调的是终端接收机能够由接收信号得到正确的发射机频率信息，因此，TD-SCDMA系统把频率稳定度作为终端一致性测试项之一，来衡量终端收发机性能。本文分析了频率稳定度的测试方法，提出了一种测试频率稳定度的算法，并给出了测试和仿真结果，仿真及测试结果表明，该算法满足3G协议TD_SCDMA终端射频频率稳定度一致性测试要求，因此可以作为测试终端频率稳定度算法。对TD-SCDMA系统终端其他测试项的研究有一定的指导意义。