宽带A类放大器在通信测试中的应用
Broadband Class A amplifiers in Communications Test Applications
简介
本文介绍了第三代（WCDMA）和第四代（OFDM）手机调制方案及其关键传输特性，以及用于传输部件和组件开发/生产测试的测试放大器所需功能涉及的基本概念。
本文中所有例证均选取移动电话系统下行链路(基站到移动电话)进行测试。
WCDMA
WCDMA（宽带码多分址）是第三代（3G）移动电话网络UMTS的定义空中接口。采用直接序列扩频（DSSS），将“伪噪声”扩频码与用户信号结合，通过带宽传输用户信号。将不同代码分配给不同用户，通过同一带宽实现多种信号同时传输。由于信号分配代码相同，接收端可还原（解扩）复合宽带信号中的特定信号。还原过程中，宽带中所有其它扩展信号均表现为噪声。
DSSS数据传输
通过DSSS，用户基线数据由众多扩频码的其中之一调制。此类代码也称为“信道化码”，每一个代码是一个高速率（3.84兆位/秒）、循环重复的伪随机二进制序列，可“碎化”基线数据，达到3.84MHz的带宽。
图1（a）展示了数据传输与数据还原时的波形，此处–1=逻辑0，+1=逻辑1。前三个曲线表示传输过程。曲线1表示用户基线数据，曲线2表示分配给每一用户位的8位扩频码，曲线3表示曲线2在曲线1处“碎化”后得到的扩展信号。曲线3表示传送的信号。
图1(a) 通过扩频码1传送用户数据，接收端用相同代码产生交叉关联时还原（标记为解扩码1）
接收端利用相同的扩解码（曲线4）结合传送信号来恢复信道数据，由此标记为“解扩码1”。曲线5表示恢复后的用户数据。这一过程即为“解扩”，在数学上与解扩码构成传送扩频码交叉关联。交叉关联在第3页“正交性”部分作出了阐述，但概括起来，即使扩频码与解扩码增加异或非门功能。
图1（b）表示将传送的扩展信号与不同的扩解码结合后的结果。前三个跟踪曲线表示与图1（a）相同的传送过程。不同的是，接收端用标记为“解扩码2”的另一解扩码时，数据未恢复（曲线4与5）。
图1(b) 通过扩频码1传送用户数据，接收端用解扩码2产生交叉关联时不恢复
正交性
WCDMA采用正交可变扩频因子（OVSF）码，实现多信道同时传输，并保证信道数据速率灵活性。所有的OVSF扩频码都是“特别的”，相互正交的，即彼此可在3.84MHz传输频带共存，无交叉干扰。
为实现正交性，各代码需具备以下属性：
• 任意两种代码交叉关联=0
• 自相关性除以每个数据位的码片位数量=1
• 必须拥有与-1和1同等数量的代码
按照这些规则，我们将检验扩频码1和2作为示例。
按照规则逐条验证：
（1）交叉关联=0
两个数字序列的交叉关联性是二者相似度的尺度。R(A.B)表示为序列位的乘积之和。
假设A为图1（a）中的扩频码1，B为图1（b）中的扩解码2，如下所示：
A={-1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1}
B={1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1}
R(A.B)={(-1x1)+(1x –1)+(1x1)+(-1x1)+(1x1)+(-1x–1)+(-1x1)+(1x–1)}={0}
如前文所示，利用异或非门，即可在门级轻易实现交叉关联的函数。
（2）自相关性÷每数据位的码片位数量=1
自相关本质上即是序列的交叉关联函数。
R(A.A)={(-1x-1)+(1x1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(-1x-1)+(1x1)}={8}
R(B.B)={(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)+(1x1)+(-1x-1)}={8}
这两种扩频码每数据位均有8位码片位，其中每数据位的码片位被称为扩频因子（SF）。因此自相关除以SF=1。
（3）拥有同等数量的-1与1
最后，扩频码1与扩频码2拥有相同数量的-1与1，因此这两种代码满足第三种正交条件。
需要注意的是，遵守规则即可产生伪随机码，因其类似噪声被称为伪噪声（PN）。
可变扩频因子
如上所示，扩频码1与扩频码2均含8位扩频因子。下行链路扩频因子取值在4至512之间。在低扩频因子既定的条件下，当用户要求数据传输更快时，系统可分配用户不同的数据传输速率及不同的扩频因子。这正是正交可变扩频因子“可变”由来。注意3.84兆位/秒的码片速率是恒定的，因此相对于可变SF来说，分配给用户基带的数据速率是不同的。
直接序列码扩频后附加了扰码。扰码可帮助移动电话识别正在联系的基站。
OFDM
演进版UMTS无线接入网络（EUTRAN）是第4代移动电话系统性能演进的产物。以4G LTE面世，采用OFDMA（正交频分复用接入）作为下行链路方向的空中接口。主要特点是下行链路速率可达到100Mbps、出色的数据传输（衰减复原）性能和带宽可扩展（1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz及20MHz）。
OFDM主要涉及的概念是信号载体部分从单个高速率数据信号到多个并行低速率信号之间的转换。图2表示单个信道被分成多个并行的子信道，每个子信道的子载波频率不同。这种与窄带子载波间隔紧密的宽带频谱即为传输信号。间隔紧密提高了系统频谱效率。
图2 OFDM信号产生过程图示
子载波数据速率低，因而发送符号较长，同时可增加保护间隔。这使得OFDM可应对信道挑战性要求，如多径衰落（WCDMA真正存在的一个问题）、窄带干扰与符号间干扰，比以往方案更占优势。从而使并行传输数据的净数据传输率等于信号原有的高数据速率。
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