RF测试原理小结

RF测试原理小结本文旨在论述RF测试项目的有关原理性知识，基本不波及详细的测试方法，测试方法请参照有关文档。第一学习射频离不开天线，要对天线知识有所认识。天线（antenna）是RF系统中最重点的部件，发送的时候它负责将线路中的电信号转变为电波发射出去，接收的时候它负责将电波转变为电信号。 依据洛伦兹定理，变化的电场会产生磁场，因施加在天线上的电流不一样， 就会产生电波；当无线电波碰到天线时，电子就会流入天线导体而产生电流。天线分为全向型和定向型两种。 全向型天线收发全部方向的信号， 定向性天线只收发天线所指向方向上的信号，能够将能量传递到更远的距离， 信号也比较清楚，实质上根本没有真实意义上的全向天线。天线的长度取决于频次： 频次越高，天线越短。依据经验，一般的简略型天线为其波长的一般。波长和频次的计算公式是： —（此中c3 108m/s），比如使用830KHz的调f幅广播电台，其电波的波长约为360米，所以一定使用约 180米的大型天线。自然天线工程师能够运用一些技巧，进一步缩短天线，甚至能够做到随身携带的程度。一般在天线的前端还会有个功率放大器 PA（poweramplifier），其实将功率提高到做大功率后发送。而后详细认识RF测试中各个参数的含义及其影响要素。一、 调制带宽：调制子载波占用的频带宽度，有20MHz（11b/g）和40MHz（11n）的，我们从频谱模板的波形中也能够看出来。二、 EVM：ErrorVectorMagnitude ，偏差矢量幅度：其是调制后的射频信号与理想原始信号的矢量差， 反应了调制的精度，是权衡信号质量的重要参数。原理上是接收到的码片信号，经过解调、解扰、解扩以后，再重复一遍发射端点的过程，即调制、加扰、扩频，而后再拿这个码矢量信号与接收到的矢量信号做矢量差，将其做统计均匀，即为EVM值。EVM越大，说明信号遇到的搅乱越大，接收到的信号质量越差；反之，搅乱小，接收到的信号质量就好。EVM有幅度偏差、频次偏差、相位偏差之分。功率放大器的非线性失真影响幅度偏差，I/Q信号同步影响相位偏差，本振的噪声和电源噪声影响频次偏差，影响EVM要素主要有功率放大器的非线性失真、噪声、以及供电环境。EVM标准有IEEE标准和一些国家电信的标准，下边列出 IEEE的标准供参照。EVM数据速率（Mbps）EVM(dB)6-59-812-1018-1324-1636-1948-2254-25三、 调制速率：调制传递基带信号所用的码流率，它反应在被调子载波变化的快慢上，有 6Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps四、 发射功率：有天线口发射功率（PA输出功率减去线损，尽量减少线损）和空口发射功率（用等效全向发射功率EIRP描述，天线口发射功率+天线增益）之分，用功率谱密度描述，取RMS值权衡。五、 频次偏移：FrequencyError指发射信道中心频次的偏差， 其反应了中心频次的精度， 一般取决于本振的精度，能够经过调整本振的般配电容来纠正偏差。 此中11b:要求频次偏移在±25ppm之内；11a/g:要求频次偏移在±20ppm之内。六、接收敏捷度：指接收机能解调的最小信号电平， 就是信号的最小功率值，换句话说就是在保证所要求的误比特率的状况下， 接收机所需要的最小输入功率。一般我们用误码率来权衡接收灵敏度，而不可以用直接进入接收通道的信号来权衡， 因为在知足必定的信噪比SNR的状况下，特别小的信号都能够解调， 而当陪伴信号的噪声和接收通道的噪声增添时， 此时信噪比就会降落，误码率快速增添。一般状况下要求误码率在百分之十左右，测试的时候要求发 1000个包，11b时接收到920以上，11g/n接收900个包以上时的最小信号功率，就是要丈量的接收敏捷度。从下边接收敏捷度IEEE标准中能够看出，当数据率越高，接收器所接收到的信号就越简单被损毁，接收敏捷度要求的功率电平就越大。11b数据速率(Mbps)接收机门限电平(dbm)1-2--11-7611g数据速率(Mbps)接收机门限电平(dbm)6-829-8112-7918-7724-7436-7048-6654-65

11n20M数据速率(Mbps)接收机门限电平(dbm)MCS0-80MCS1-77MCS2-75MCS3-72MCS4-68MCS5-64MCS6-63MCS7-6211n40M数据速率(Mbps)接收机门限电平(dbm)MCS0-77MCS1-74MCS2-72MCS3-69MCS4-65MCS5-61MCS6-60MCS7-59LNA,LNA,其工作点电平受限，过大是接收机能解调的最大信号电平，因为接收机前端有低噪放的信号会致使其饱和，形成信号堵塞。八、 频谱模板SpectrumMask其描述了发射信号的频谱散布，反应了信号能量的集中范围，假如带外的能量多的话，会影响到相邻信道的通讯，一般用包含被调制信道的调制带宽及其信道外的电平散布来权衡。功率放大器PA的非线性失真和般配都会影响到频谱模板，可能会高出其范围。假如能够很好的控制相位噪声，比方预失真办理能够很好的降低带外噪声， 同时提高EVM都会保证频谱模板的要求。九、 功率平展度SpectralFlatness反应信号子载波的功率变化，它丈量每个子载波的均匀功率对全部子载波的均匀功率的偏移。11b没有平展度，是因为其采纳的调制方式时单载波调制， 11g/n采纳的是OFDM调制方式。十、星座图星座图反应了各个速率时采纳的调制方式、编码率、 EVM等信息。测试的过程中，我们能够看到不一样速率下的星座图，接收信号的范围集中说明信号的质量就比较好，越是发散，说明信号的质量越差。各样调制方式的星座图以下：

各样调制方式分别承载的数据位数为： BPSK:1bit/symbol；QPSK:2bits/symbol；16QAM:4bits/symbol；64QAM:6bits/symbol。模拟调制方式有三种：调幅、调频、调相，就是载波跟着调制信号的幅度、频次或相位的变化而变化，这样载波就承载了调制信号的信息， 此时的信号成为已调信号， 传入发信机发送出去。与之相对应的数字调制方式也有三种：振幅键控 ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。中常用的调制方式是差分相位调制 DPSK，而不是绝对相位调制PSK，因为PSK对通讯收发两方的同步性能要求很高，一旦同步被波坏，就难以恢复原有信号， 致使相位颠倒，称为“倒现象”，而DPSK是利用相邻载波的相位差就能够防止此问题的发生。BPSK用前后载波的相位差为0时表示符号0，相差为半个周期 时表示符号1；因BPSK只好编码一个位，能够采纳一种差分正交相移键控 DQPSK编码两个位，即是采纳一个基波与三个偏移波，每个波偏移 1/4个周期，如用相移 /2表示符号01，相移0表示符号00，相移表示符号11，相移3/2表示符号10，自然也能够用上边QPSK图中的四个正交的相位/4，3 /4，5 /4，7 /4来表示。还采纳正交调幅QAM技术来传递数量，能够承载更多的比特数，以此来提高调制的速率。QAM是在单调载波上编码数据， 该载波有同相信号I和落伍其1/4周期的正交信号构成，当两种信号被限制在一组特定的电平常，就形成了所谓的星座图 constellation。星座图描述了老乡和正交型号的可能值，星座图中的每个点代表一种符号 symbol，每个符号代表特定的地点，如上边图中所示。需要注意的是， QAM前方的数值表示总合的符号个数，其实每个符号的2的乘幂数，能够算出每个符号代表的比特数， 比图64-QAM就是每个符号代表6bits信息，256-QAM就是每个符号代表8bits信息。要提高数据的速率，只需使用点数更多的星座图即可，可是数据率提高，就要求接收信号的质量要足够好，不然就难以区分星座图中的相邻点。假如距离太近，每个信号能够接收的偏差范围就会减小。下边详尽认识下各个标准的编码和调制细节。DataRateSpreading/CodingModulationSymbolRateChipRate1Mbps11chipBarkercodeDBPSK1Msps11Mcps2Mbps11chipBarkercodeDQPSK1Msps11McpsCCKDQPSK11Mcps11MbpsCCKDQPSK11Mcps直接序列扩频PHY采纳每秒1100万的碎片率，其将碎片流区分为一系列的 11位的贝克码Barkerword，每秒传递100万个Barkerword。每个word依据所使用的仍是2Mbps的数据率，分别编码1或2个比特。为了达到更高的传输速率，就要求每个 word编码更多的字节，采纳了一种叫做补码键控CCK(Complementarycodekeying )的方式，就是将碎片流区分为一系列的由 8个位构成的码符号，所以每秒要传递万个码符号。 CCK采纳复杂的数学变换函数，能够使用若干这8bit序列在每个码字中编码 4或8个位是吞吐量达到和 11Mbps。注意一点的是：CCK方式所采纳的扩频码是由数据自己经过函数推演得出来的，而以前扩频是采纳近似Barkerword之类的静态且拥有重复性的码字。802.11gDatarate(Mbits/s)ModulationCodingrateCodedbitspersubcarrierCodedbitsperOFDMsymbolDatabitsperOFDMsymbol6BPSK1/2148249BPSK3/41483612QPSK1/22964818QPSK3/4296722416QAM1/24192963616QAM3/441921444864QAM2/362881925464QAM3/46288216802.11g是鉴于正交频分复用 OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing )技术的。OFDM是将一个较宽的信道切割成若干子信道，每个子信道均用来传输数据，就是用多路副载波进行单调传递的方式，用这些较慢的子信道复合成较快的信道。OFDM正交性的含义是指在频域中，OFDM各个子载波的频谱的波峰互补重叠，这样所选用的副载波就不会被其余副载波所搅乱，其实正交性的实质所在。64-QAM802.11g无线信道总容量的计算方法：子信道乘以每个信道的位数。比方使用

64-QAM调制方式时，每个子信道承载 6bits,802.11G使用48个子信道，故每个信道的容量为288个bits。表中每个OFDM符号承载的数据位有编码数据率乘以每个符号编码的位数获得。MCSIndexModulationCodingrateCodedbitspersubcarrierDataRate(Mb/s)800nsGI400nsGI0BPSK1/211QPSK1/222QPSK3/42316QAM1/24416QAM3/44564QAM2/36664QAM3/46764QAM5/668BPSK1/219QPSK1/2210QPSK3/421116QAM1/241216QAM3/441364QAM2/361464QAM3/461564QAM5/66是在OFDM的基础上， 引入了多进多出MIMO(multiple-inputmultiple-output)技术。其支持目前的20MHz带宽的同时，还支持40MHz带宽，以此来提高吞吐量。

在采纳MIMO多天线技术以前，一般都是独自采纳一根天线进行首发的，即便是采纳了多根天线也不过为了天线分集使用，采纳多根天线同时进行收发，来提高数据率。我们注意到,20M带宽在MCS7时65Mbps，在40M带宽时达到130Mbps，其实一根天线可以达到的理论速率，当使用两根天线同时收发时， MCS8-MCS15能够达到更高的数据速率。下边是通讯原理的一般性知识，对认识天线的发送和接收有利处。20世纪60年月此后，数字通讯快速发展起来，大有代替模拟通讯技术的趋向，究其原3.因有以下几个方面：1.数字传输抗搅乱能力强； 2.传输差错能够控制， 改良了传输质量；3.便于使用现代数字信号办理技术对数字信息进行办理，比方 FFT等；4.易于加密办理；5.能够综合传达各样信息，使通讯系统功能加强。下列图是数字通讯系统的一般模型。数字通讯系统模型数字通讯系统模型数字通讯系统包含信源编解码、信息加密 /解密、信道编解码、调制解调、信道、同步以及数字复接与多址等各个部分，下边分别进行介绍。信源编码与译码信源编码主要有两个作用： 一是达成模拟信源的数字化， 假如信源产生的信号是模拟信号时，第一需要对模拟信号进行数字化后才能够在数字通讯系统中传输。 模拟信源的数字化包含采样、量化和编码三个过程，电话系统中话音信号的数字化就是典型的模拟信源数字化的过程。信源编码的此外一个作用是为提高信息传输的有效性而采纳适合的压缩技术减小信息速率。如电话系统中采纳 PCM编码的语音速率为64kbps，而假如采纳压缩编码后，单路话音的速率则能够降低到 32kbps或更低，这样在相同的信道中能够同时传输的话路就增添

了。信道编码与译码信道编码的目的是为了加强通讯信号的抗搅乱能力。 因为信号在信道传输时遇到噪声和搅乱的影响，接收端恢复数字信息时可能会出现差错， 为了减小接收差错，信道编码器对传输的信息依据必定的规则加入保护成分（监察元） ，构成差错控制编码。接收端的信道译码器依据相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误， 提高通讯系统的抗搅乱性。 在计算机中宽泛使用的奇偶校验码就是最简单的一种差错控制编码， 它拥有一比特差错的检错能力。加密和解密在需要实现保密通讯的状况下， 为了保证所传输信息的安全， 人为地将被传输信息的数字序列搅乱，即加上密码，这类办理过程称为加密。接收