摘？要：终端测试仪是通信测试领域的重要环节，本文对此类仪器的校準方法进行了分析和研究，阐述了一种利用数字稳幅电路校准终端测试仪内部信号源的功率，利用内置信号源校准内部接收机功率的自动校准的方法，同时给出终端综测仪硬件平台总体方案及自动校准软件流程图，提供了一套针对该类型仪表功率的自动校准的可行方案做为参考。

关键词：数字稳幅；功率；自动校准

0 引言

随着移动通信技术的不断演进，终端测试设备作为通信测试领域的重要仪表越来越受到业界的关注。终端的质量和性能优劣对整个通信产业链的健康发展有着举足轻重的影响，终端测试仪表及测试平台的发展是移动通信产业化的重要环节，不仅可以为面向商用终端基带芯片等提供专业测试验证仪表，而且可以通过对终端芯片研发的支持，带动通信测试领域的全面发展[1]。

终端综测仪作为通信测试王牌仪器，是业内所有仪表厂家发展的核心和重点，也是市场竞争最为激烈的焦点。由于多种制式、大带宽、多频点、多种调制技术等特点，使得终端综测仪的功率校准成为了一个难题。仪表在正式交付时都要经过精密仪器测试，功率等各相关仪表指标都能满足仪表指标要求。但是经过一段时间以后，仪表的各项指标由于环境变化、温度不同等因素的影响，功率等指标达不到设计的要求。仪表就需要重新校准，仪表厂商现场校准成本较高。因综测仪自身带有的信号源和接收机的特点，利用信号发射与信号分析并行反馈校准技术，通过具体实践充分证明了该方法的正确性和有效性[2]。

1 终端综测仪硬件平台及总体方案

综测仪硬件平台原理框图如图1所示，主要由以下几个部分组成：发射参考时钟输出经过锁相的高稳参考信号；基带数据产生单元，依据设置的不同通信制式输出不同的两路IQ数据；上变频器单元的功能是把FPGA产生的基带信号经DAC、正交调制等处理后产生中频信号。宽带本振单元利用DDS锁相技术环路输出（0.4～6）GHz本振信号；射频混频单元，利用混频技术把中频信号混到射频，利用携带通信信息的射频信号进行传输；开闭环转换单元用于调制器开环和闭环的切换，同时还可以通过模数转换器把数据调整为模拟信号来控制调制器。调制器单元是一个利用数字电路控制可调谐的衰减器，通过设置不同数据来调整调制器的不同衰减量；多级放大单元对通路中的射频信号进行放大，提高仪表的最大输出功率。功分器单元将射频信号功率分配分成两路，一路进行传输，一路反馈给调制器。检波采样单元用于把反馈回来的射频信号转换成数字信号。时分同步运算单元用于对反馈回数字信号求和运算、平均等数据处理，采用负反馈来控制调制器。功率调整单元可以控制发射信号的功率输出，进行最大120 dB衰减或0衰减量。MIMO接口单元主要起合路器的作用，将发射信号和接收信号合路，合路后的端口可分时输入或输出。

接收功率衰减单元主要调整输入的大功率信号，对输入信号进行最大50 dB衰减或0衰减量。前置增益控制单元用于输入小功率信号的调整放大，接收衰减单元和前置增益控制单元的主要功能是对大信号衰减，小信号放大，根据后端电路处理要求扩大仪表的测试信号范围。宽带本振单元输出（0.4～6）GHz本振信号。混频单元将高频射频信号降频，匹配滤波单元，滤除混频中无用的信号，留下有效信号。下变频器单元的功能是将中频经过模数转换实现数据采样，将数据流分成两路，得到IQ两路基带信号。接收参考时钟单元通过固定分频锁相环输出的参考时钟信号用于内部信号抽取采样。数据分析单元是对接收到的IQ数据进行解调分析[3]。

2 发射数字稳幅具体实现

综测仪发射单元功率控制主要是通过衰减器和调制器协同工作完成。衰减器进行大范围控制，调制器实现对功率的精确控制，因此调制器校准精度直接影响到输出功率精确度。衰减器最大衰减量为120 dBm，通过对衰减器的不同设置，可以实现对输出信号0衰减量或120 dBm衰减量每10 dB一档的动态控制，当达到最大衰减时，可以实现最小功率。调制器的控制范围超过25 dB，保证了与衰减器的配合可以在大范围中实现精确控制。为确保发射单元的功率准确度，采用了数字稳幅技术，以TD-LTE信号为例，发射的信号采用多子帧通信，且每个子帧内又存在多个时隙[4]，具体1个帧周期内的时隙分布图见图2。在通信时，并不是每个时隙内都一定有信号，这就要求时隙内没有通信信号时，稳幅环路不工作，保持一个固定状态。而传统ALC稳幅环路由于采用有效值检波，并通过采用负反馈环路控制调制器，实现信号的稳定输出，很难完成这种脉冲内检波、脉冲外保持的稳幅要求。因TD-LTE通信中每个子帧周期是固定的，在判断到有上升沿后，就开始读取A/D采集的数据，并求和处理，由于导频时隙的宽度是固定的，可以根据高速时钟A/D的采集速率和导频时隙的宽度来调整计数器的终止数据。经过功率调整的调制信号一路作为信号发射到端口，另一路通过反馈数据处理来控制调制器的输出功率。触发信号以TD-LTE帧周期的同步信号上升沿来判断，按照通信制式不同选择不同的保护时隙，如果有上升沿，则开始采样时隙内数据，并累加A/D采集的数据，等累加到导频时隙的宽度时，就停止累加，并计算出A/D累加的平均值，然后与参考数据比较，根据数据比较的结构，修正输出到DAC的数据。经过几个帧的修正后，实现功率稳定。具体采集数据如图3所示。这是一个逐步稳定的过程，延迟的时间包括时隙在帧周期所处的位置、一定的保护时隙、通道延迟时间[3]，只要去掉帧同步判断就可实现连续波的稳幅，数字稳幅具体流程见图4。

3 衰减器与频响校准流程

4 测试结果

通过指定通信制式信号源发射信号，经过校准后的综测仪实测功率值与安立MS2692A进行对比测试。信号源功率设置为-20.0 dBm，频率为（0.4～6）GHz。表1选取了部分频率点记录了测试结果。

从表1中可以看出，终端仪实测值与MS2692A实际测量结果非常接近，误差仅在0.2 dBm以下，这是由于仪器自身差别和环境温度造成的，综上，综测仪经过校准后的功率测试较准确，充分说明校准的有效性。

5 结束语

本文首先分析了当前终端综测仪研究的国内外现状，终端测试领域存在巨大的发展空间。结合我单位研发的终端综测仪，深入理解了综测仪整机方案和射频通道模块的校准原理。分别对调制器功率校准以及衰减器校准进行了深入的分析，通过实际校准验证了整个流程的正确性和有效性。但是，在实际的校准过程中还有许多不确定的因素影响校准结果。后续还需要更加深入的研究，并充分地理解硬件设计思想和探索硬件实际运行特性。

参考文献：

[1] 周新国.宽带无线通信综合测试仪自动校准系统的设计与实现[J].仪器仪表用户，2017（5）：29-31.

[2] 方玺.电子仪器自动校准与检测软件系統设计与实现分析[J].化工设计通讯，2018（12）：251-255.

[3] 杨政.一种多模多频多通道系统的功率自校准装置及方法[P].中国：ZL 2014 1 0571753.8，2014.

[4] 王凯.数字通信调制参数自动校准的研究[J].电视技术，2013， 37（9）.

[5] 栾鹏.频谱分析仪自动校准技术研究[J].信息化技术与控制，2002（1）：161-162.

[6] 付兴.TD-SCDMA终端综合测试仪物理层的软硬件设计[J].仪器仪表学报，2007（4）：340-342.

[7] 卞剑.频谱分析仪自动校准中的问题及解决方式[J].计测技术，2016（1）：57-60.