CDMA 1X基站射频性能对CDMA 1X网络质量的影响介绍

一、引言
伴随着国内运营商的重组，CDMA 1X技术重新受到国内业界的关注，本文主要介绍了CDMA 1X基站射频性能对CDMA 1X网络质量的影响以及CDMA 1X基站射频测试中的关键问题，为CDMA 1X基站的研发和测试提供一些指导。
对于CDMA 1X网络，导致掉话、通信语音质量差、无法接通、盲区等主要有以下几个原因：
1、导频污染
2、基站可能的射频偏差
3、干扰这些问题除了与网络规划和系统参数设置有关外，很大程度上还取决于CDMA 1X基站射频性能的好坏。
本文将对影响CDMA 1X网络质量的CDMA 1X基站的主要射频指标及其测试中的关键问题进行介绍。

李龙

2019-7-18 10:32:55

二、各射频指标对CDMA 1X网络质量的影响及其测试的关键问题
1、导频时间容限
CDMA 1X网络是一个前向同步的网络，其导频信道在CDMA 1X前向信道中不停地发射，用于使所有基站覆盖区中处于工作中的移动台进行同步和切换。基站利用不同导频序列的时间偏差来标识不同小区。若基站的导频信道时间容限发生较大的偏差，就会与另一基站的延迟信号相混淆，产生所谓"导频污染"，从而产生干扰而导致掉话、无法接通率、话音质量差等问题。
所有CDMA 1X基站都有GPS接收机，GPS接收机锁定卫星输出的参考时钟，使得所有CDMA 1X基站都彼此同步。
测试导频时间容限的两个关键点是PN偏置值和偶秒。
在导频时间容限测试中有三个测试指标：1、导频时间校准误差昀低要求小于10 μs。2、基站同时支持多个CDMA 1X频道时，该***频道彼此间必须在 ±1μs时间内。3、基站在外部系统时钟中断后应在至少8小时内能够保持与系统时钟的偏差小于 ±10 μs。首先必须正确理解3个指标的含义，指标1是指发射的导频信道与基站偶秒之间的时间偏差，指标2是指各CDMA 1X频道的导频信道之间的时间偏差，指标3是指基站偶秒与卫星输出的参考时钟之间的时间偏差。
指标1测试：按照图1连接被测基站和CDMA 1X发射机测试仪，确保基站仅发射导频信号，将被测基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，CDMA 1X发射机测试仪设为外部触发，在CDMA 1X发射机测试仪中输入PN偏置值，这时即可测得导频时间校准误差。

图1发射机性能测试连接框图
指标2测试：按照指标1的测试方法分别测出各CDMA 1X频道（不同的扇区或者频率）的导频时间校准误差，各CDMA 1X频道的导频时间校准误差之间的偏差即为各CDMA 1X频道的导频信道之间的时间偏差。
指标3测试：断开被测基站的GPS接收机，8小时后，将被测基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，测出导频时间校准误差，然后再用另一个接有GPS接收机的基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，再次测出被测基站的导频时间校准误差，两次测得的结果之间的偏差即为基站偶秒与卫星输出的参考时钟之间的时间偏差。
2、频率容限、导频信道对码分信道时间容限、导频信道至码分信道相位容限、波形质量、总功率、导频功率、码域功率
基站的这些指标的射频偏差都会导致掉话、通信语音质量低、无法接通等问题。发射功率和码域功率还会影响网络覆盖，产生盲区。
使用发射机测试仪可对这些指标进行测试，但需注意在测试导频信道对码分信道时间容限、导频信道至码分信道相位容限、导频功率、码域功率等指标时需将被测基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，CDMA 1X发射机测试仪设为外部触发，且在CDMA 1X发射机测试仪中输入PN偏置值。在测试码域功率时要注意RC1为W n64信道，RC3为Wn128信道，它们之间有3dB之差。

二、各射频指标对CDMA 1X网络质量的影响及其测试的关键问题
1、导频时间容限
CDMA 1X网络是一个前向同步的网络，其导频信道在CDMA 1X前向信道中不停地发射，用于使所有基站覆盖区中处于工作中的移动台进行同步和切换。基站利用不同导频序列的时间偏差来标识不同小区。若基站的导频信道时间容限发生较大的偏差，就会与另一基站的延迟信号相混淆，产生所谓"导频污染"，从而产生干扰而导致掉话、无法接通率、话音质量差等问题。
所有CDMA 1X基站都有GPS接收机，GPS接收机锁定卫星输出的参考时钟，使得所有CDMA 1X基站都彼此同步。
测试导频时间容限的两个关键点是PN偏置值和偶秒。
在导频时间容限测试中有三个测试指标：1、导频时间校准误差昀低要求小于10 μs。2、基站同时支持多个CDMA 1X频道时，该***频道彼此间必须在 ±1μs时间内。3、基站在外部系统时钟中断后应在至少8小时内能够保持与系统时钟的偏差小于 ±10 μs。首先必须正确理解3个指标的含义，指标1是指发射的导频信道与基站偶秒之间的时间偏差，指标2是指各CDMA 1X频道的导频信道之间的时间偏差，指标3是指基站偶秒与卫星输出的参考时钟之间的时间偏差。
指标1测试：按照图1连接被测基站和CDMA 1X发射机测试仪，确保基站仅发射导频信号，将被测基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，CDMA 1X发射机测试仪设为外部触发，在CDMA 1X发射机测试仪中输入PN偏置值，这时即可测得导频时间校准误差。

图1发射机性能测试连接框图
指标2测试：按照指标1的测试方法分别测出各CDMA 1X频道（不同的扇区或者频率）的导频时间校准误差，各CDMA 1X频道的导频时间校准误差之间的偏差即为各CDMA 1X频道的导频信道之间的时间偏差。
指标3测试：断开被测基站的GPS接收机，8小时后，将被测基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，测出导频时间校准误差，然后再用另一个接有GPS接收机的基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，再次测出被测基站的导频时间校准误差，两次测得的结果之间的偏差即为基站偶秒与卫星输出的参考时钟之间的时间偏差。
2、频率容限、导频信道对码分信道时间容限、导频信道至码分信道相位容限、波形质量、总功率、导频功率、码域功率
基站的这些指标的射频偏差都会导致掉话、通信语音质量低、无法接通等问题。发射功率和码域功率还会影响网络覆盖，产生盲区。
使用发射机测试仪可对这些指标进行测试，但需注意在测试导频信道对码分信道时间容限、导频信道至码分信道相位容限、导频功率、码域功率等指标时需将被测基站的偶秒输出信号接至CDMA 1X发射机测试仪的偶秒输入口，CDMA 1X发射机测试仪设为外部触发，且在CDMA 1X发射机测试仪中输入PN偏置值。在测试码域功率时要注意RC1为W n64信道，RC3为Wn128信道，它们之间有3dB之差。

薛槐敏

2019-7-18 10:33:01

3、发射机传导性杂散发射
发射机传导性杂散发射除了会产生对其它系统的干扰，还会产生对本系统内其它基站的干扰，导致掉话、通信语音质量低、无法接通等问题，并且会降低系统容量。
使用频谱分析仪对发射机传导性杂散发射进行测试，此项测试对于频谱分析仪的灵敏度和动态范围要求很高，一般频谱仪都很难满足要求，这就需要借助衰减器、滤波器、低噪放等辅助设备进行测试。在测试有用信号边缘的大信号时，要使用衰减器提高频谱仪的动态范围；由于加衰减器会降低频谱仪灵敏度，因此在测试离有用信号较远的小杂散信号时，一方面要对有用信号进行衰减，以避免损坏频谱仪和产生频谱仪内部失真，一方面又不能衰减被测的小杂散信号，甚至需要放大被测小信号，以提高频谱仪灵敏度，可用滤波器虑掉有用信号，这样既衰减了有用信号，又保证被测小信号未被衰减，在滤波器之后还可加低噪放来进一步放大被测小杂散信号。测试结果要计入衰减器、滤波器和放大器的补偿值（包括衰减值、放大倍数和噪声系数）。
4、前向功率控制子信道
反向功率控制在CDMA 1X系统中非常重要，因为反向是依靠准正交码区分的，用户之间存在相互干扰，只有保证到达基站的各用户间的功率一致，才能保证用户容量和质量。反向功控包括开环功控和闭环功控，开环功控目的是防止远近效应，闭环功控目的是防止快衰落。
前向功率控制子信道测试是测试基站在闭环功率控制时在前向功率控制子信道上发送的功率控制比特的灵敏性、位置、延迟和振幅的正确性。它对于时间的要求非常严格，需要触发信号，用一逻辑信号发生器按照要求同时控制衰减器和功率控制比特的统计或触发示波器。也可用频谱仪零扫频代替示波器，这时频谱仪的RBW要至少设置为2MHz。无论是示波器还是频谱仪，扫描时间和幅度显示标尺设置要适宜，扫描时间应设置为1.25毫秒/Div（每屏10个Div），幅度显示标尺设置为功率控制步长/Div（每屏10个Div），一般为1dB/Div。
5、接入信道接入试探捕获
此项指标直接影响CDMA 1X网络的接通率。
接入试探捕获测试的关键在于接入信道Eb/N0设置和接入试探成功率的统计。接入试探是以脉冲序列发送的，要测试脉冲功率，而非平均功率，因此不能用功率计或频谱仪信道功率方式测试接入信道功率，可用频谱仪零扫频方式测试，RBW大于2MHz。通过公式Eb/N0＝C-N-10lg（4800）+10lg(1228800)计算Eb/N0，其中C为测得的接入试探脉冲功率，N为噪声功率，4800为接入信道数据速率。调整衰减器使得基站天线连接口的Eb/N0满足要求。必须注意接入试探成功率不等于呼叫成功率，一次成功呼叫可能含1～多次接入试探，但仅有一次接入试探成功。可以用频谱仪零扫频方式，发起呼叫与单次扫描相配合统计接入试探总数和成功次数，但这样测试效率很低。也可用高通公司CAIT软件统计接入试探总数和成功次数，测试和统计基本自动进行，仅需昀后做一次计算即可。目前也有用仪表代替手机发送接入试探信号，在基站侧通过解调接入试探统计接入试探成功率。
6、接收机灵敏度、接收机动态范围、单频抗扰、互调杂散响应衰减、邻道选择性、加性高斯白噪声条件下反向业务信道的解调性能、多径衰落条件下反向业务信道的解调性能
这些指标是指基站在不同条件下（包括无干扰信号条件下和有干扰信号（CW信号、CDMA 1X信号或AWGN信号）条件下）反向业务信道解调性能，反应的是基站的灵敏度、动态范围和抗干扰性能，这些指标的好坏同样直接影响CDMA 1X网络的话音质量和掉话率等。
加性高斯白噪声条件下反向业务信道的解调性能和多径衰落条件下反向业务信道的解调性能测试(见图2)关键在于Eb/N0设置。在加性高斯白噪声条件下反向业务信道的解调性能和多径衰落条件下无闭环功率控制反向业务信道的解调性能测试中，Eb/N0设置与接入信道Eb/N0设置类似，通过调整C（有用信号功率）和N（噪声功率）达到所要求的Eb/N0，需要特别指出无线配置1和无线配置2的1/2速率、1/4速率和1/8速率的占空比不是100%，分别为50%、25%和12.5%,它们的有用信号功率C不能用功率计或频谱仪信道功率方式测量，可用频谱仪零扫频方式测试，RBW大于2MHz，而其它速率均可用功率计或频谱仪信道功率方式测量，另外要注意在测试无线配置3以上的补充信道的解调性能时，手机的发射功率并不是有用信号功率，而是大于有用信号功率，手机的发射功率包括反向导频信道、反向基本信道和反向补充信道的功率，应通过计算将反向基本信道的功率减去才是有用信号的功率。在多径衰落条件下具有闭环功率控制反向业务信道的解调性能测试中，Eb/N0不能通过改变路径损耗来设置，因为有闭环功控，Eb/N0受基站Eb/N0目标值控制，改变路径损耗，手机的输出功率也会相应改变，使得基站天线连接器处的Eb/N0值不变，因此在此项测试中通过监测基站天线连接器处的Eb/N0，调整基站Eb/N0目标值，使得基站天线连接器处的Eb/N0满足规范要求。在无闭环功控情况下的反向业务信道解调性能测试中还可以用仪表代替手机发送规定的反向数据，测试基站的解调性能。

图2 多径衰落条件下基站解调性能测试方框图
7、接收信号质量指示
接收信号质量指示测试基站对接收信号测量的准确度。因为基站要根据测得的来自移动台的信号强度形成功率调整指令，通知移动台，使移动台根据此调整指令来调节其发射功率，所以如果基站对接收信号测量不够准确，将直接影响其闭环功率控制的准确性，从而影响CDMA 1X 网络的话音质量和掉话率等。
大多数基站不能直接给出接收信号质量指示(RSQI)值，但具备测试接收信号Eb/N0 的能力，可以通过基站测得的Eb/N0 计算RSQI，RSQI=2(Eb/N0+3)。

3、发射机传导性杂散发射
发射机传导性杂散发射除了会产生对其它系统的干扰，还会产生对本系统内其它基站的干扰，导致掉话、通信语音质量低、无法接通等问题，并且会降低系统容量。
使用频谱分析仪对发射机传导性杂散发射进行测试，此项测试对于频谱分析仪的灵敏度和动态范围要求很高，一般频谱仪都很难满足要求，这就需要借助衰减器、滤波器、低噪放等辅助设备进行测试。在测试有用信号边缘的大信号时，要使用衰减器提高频谱仪的动态范围；由于加衰减器会降低频谱仪灵敏度，因此在测试离有用信号较远的小杂散信号时，一方面要对有用信号进行衰减，以避免损坏频谱仪和产生频谱仪内部失真，一方面又不能衰减被测的小杂散信号，甚至需要放大被测小信号，以提高频谱仪灵敏度，可用滤波器虑掉有用信号，这样既衰减了有用信号，又保证被测小信号未被衰减，在滤波器之后还可加低噪放来进一步放大被测小杂散信号。测试结果要计入衰减器、滤波器和放大器的补偿值（包括衰减值、放大倍数和噪声系数）。
4、前向功率控制子信道
反向功率控制在CDMA 1X系统中非常重要，因为反向是依靠准正交码区分的，用户之间存在相互干扰，只有保证到达基站的各用户间的功率一致，才能保证用户容量和质量。反向功控包括开环功控和闭环功控，开环功控目的是防止远近效应，闭环功控目的是防止快衰落。
前向功率控制子信道测试是测试基站在闭环功率控制时在前向功率控制子信道上发送的功率控制比特的灵敏性、位置、延迟和振幅的正确性。它对于时间的要求非常严格，需要触发信号，用一逻辑信号发生器按照要求同时控制衰减器和功率控制比特的统计或触发示波器。也可用频谱仪零扫频代替示波器，这时频谱仪的RBW要至少设置为2MHz。无论是示波器还是频谱仪，扫描时间和幅度显示标尺设置要适宜，扫描时间应设置为1.25毫秒/Div（每屏10个Div），幅度显示标尺设置为功率控制步长/Div（每屏10个Div），一般为1dB/Div。
5、接入信道接入试探捕获
此项指标直接影响CDMA 1X网络的接通率。
接入试探捕获测试的关键在于接入信道Eb/N0设置和接入试探成功率的统计。接入试探是以脉冲序列发送的，要测试脉冲功率，而非平均功率，因此不能用功率计或频谱仪信道功率方式测试接入信道功率，可用频谱仪零扫频方式测试，RBW大于2MHz。通过公式Eb/N0＝C-N-10lg（4800）+10lg(1228800)计算Eb/N0，其中C为测得的接入试探脉冲功率，N为噪声功率，4800为接入信道数据速率。调整衰减器使得基站天线连接口的Eb/N0满足要求。必须注意接入试探成功率不等于呼叫成功率，一次成功呼叫可能含1～多次接入试探，但仅有一次接入试探成功。可以用频谱仪零扫频方式，发起呼叫与单次扫描相配合统计接入试探总数和成功次数，但这样测试效率很低。也可用高通公司CAIT软件统计接入试探总数和成功次数，测试和统计基本自动进行，仅需昀后做一次计算即可。目前也有用仪表代替手机发送接入试探信号，在基站侧通过解调接入试探统计接入试探成功率。
6、接收机灵敏度、接收机动态范围、单频抗扰、互调杂散响应衰减、邻道选择性、加性高斯白噪声条件下反向业务信道的解调性能、多径衰落条件下反向业务信道的解调性能
这些指标是指基站在不同条件下（包括无干扰信号条件下和有干扰信号（CW信号、CDMA 1X信号或AWGN信号）条件下）反向业务信道解调性能，反应的是基站的灵敏度、动态范围和抗干扰性能，这些指标的好坏同样直接影响CDMA 1X网络的话音质量和掉话率等。
加性高斯白噪声条件下反向业务信道的解调性能和多径衰落条件下反向业务信道的解调性能测试(见图2)关键在于Eb/N0设置。在加性高斯白噪声条件下反向业务信道的解调性能和多径衰落条件下无闭环功率控制反向业务信道的解调性能测试中，Eb/N0设置与接入信道Eb/N0设置类似，通过调整C（有用信号功率）和N（噪声功率）达到所要求的Eb/N0，需要特别指出无线配置1和无线配置2的1/2速率、1/4速率和1/8速率的占空比不是100%，分别为50%、25%和12.5%,它们的有用信号功率C不能用功率计或频谱仪信道功率方式测量，可用频谱仪零扫频方式测试，RBW大于2MHz，而其它速率均可用功率计或频谱仪信道功率方式测量，另外要注意在测试无线配置3以上的补充信道的解调性能时，手机的发射功率并不是有用信号功率，而是大于有用信号功率，手机的发射功率包括反向导频信道、反向基本信道和反向补充信道的功率，应通过计算将反向基本信道的功率减去才是有用信号的功率。在多径衰落条件下具有闭环功率控制反向业务信道的解调性能测试中，Eb/N0不能通过改变路径损耗来设置，因为有闭环功控，Eb/N0受基站Eb/N0目标值控制，改变路径损耗，手机的输出功率也会相应改变，使得基站天线连接器处的Eb/N0值不变，因此在此项测试中通过监测基站天线连接器处的Eb/N0，调整基站Eb/N0目标值，使得基站天线连接器处的Eb/N0满足规范要求。在无闭环功控情况下的反向业务信道解调性能测试中还可以用仪表代替手机发送规定的反向数据，测试基站的解调性能。

图2 多径衰落条件下基站解调性能测试方框图
7、接收信号质量指示
接收信号质量指示测试基站对接收信号测量的准确度。因为基站要根据测得的来自移动台的信号强度形成功率调整指令，通知移动台，使移动台根据此调整指令来调节其发射功率，所以如果基站对接收信号测量不够准确，将直接影响其闭环功率控制的准确性，从而影响CDMA 1X 网络的话音质量和掉话率等。
大多数基站不能直接给出接收信号质量指示(RSQI)值，但具备测试接收信号Eb/N0 的能力，可以通过基站测得的Eb/N0 计算RSQI，RSQI=2(Eb/N0+3)。

李新美

2019-7-18 10:33:03

三、结束语
CDMA 1X 基站是CDMA 1X 网络的重要组成部分，其射频性能直接影响网络质量，因此对CDMA 1X 基站进行射频性能测试非常必要。CDMA 1X 基站射频性能测试比较复杂，测试过程中可能会遇到各种问题，对测试人员的能力要求非常高，测试人员既要熟悉射频测试仪表，也要熟悉测试规范，同事必须对CDMA 1X 技术非常了解。
作者：张玉凤中国泰尔实验室

孔朱磊

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