Một bộ khuếch đại công suất không bao giờ tuyến tính hoàn hảo. Phần phi tuyến của nó biến điều chế trong kênh thành phổ mọc ra hai bên — hiện tượng tái sinh phổ — và phần mọc ra đó rơi thẳng vào kênh của nhà mạng bên cạnh. Đo ACLR là phép đo định lượng lượng công suất rò đó, và là một trong những chỉ tiêu bắt buộc khắt khe nhất của 3GPP. Vấn đề là phép đo này có một bẫy hệ thống: nếu đặt sai mức tín hiệu vào máy, bạn sẽ đo chính méo của máy phân tích chứ không phải méo của thiết bị cần đo.
ACLR đo cái gì và vì sao bộ lọc quyết định con số
3GPP TS 38.104 định nghĩa ACLR là tỉ số giữa công suất trung bình đã lọc, lấy tại tần số kênh được gán, trên công suất trung bình đã lọc lấy tại tần số kênh lân cận. Hai chữ “đã lọc” là phần quan trọng nhất của định nghĩa.
Với NR, ACLR được định nghĩa bằng một bộ lọc vuông có băng thông bằng cấu hình băng thông truyền dẫn BWConfig của tín hiệu, đặt giữa tại tần số kênh được gán, và một bộ lọc tương ứng đặt giữa tại tần số kênh lân cận. Nghĩa là công suất kênh lân cận không phải là “tổng năng lượng trong một khoảng tần số bất kỳ” mà là năng lượng nhìn qua một cửa sổ có hình dạng và độ rộng được quy định. Đổi bộ lọc là đổi kết quả.
Với W-CDMA, 3GPP yêu cầu bộ lọc cosin nâng căn bậc hai (RRC), băng thông nhiễu 3,84 MHz. Máy phân tích phải bù hình dạng bộ lọc RRC để bù trừ ảnh hưởng của bộ lọc RBW đang dùng; trên EXA, sai số bù danh định là 0,00 dB với nhiễu trắng trong kênh lân cận và 0,012 dB khi đo một thành phần dạng sóng mang.
Hai chi tiết hay gây nhầm khi lập biên bản. Thứ nhất, độ rộng kênh lân cận đặt trên máy (Ref BW) là độ rộng ở mức −3 dB, trong khi nhiều tiêu chuẩn vô tuyến tương tự định nghĩa máy thu đo theo độ rộng −6 dB; muốn có dải thông −6 dB bằng x, cần đặt Ref BW = x − 0,572 × RBW. Thứ hai, Keysight báo kết quả dưới dạng ACPR là số âm tính bằng dBc, còn tiêu chuẩn W-CDMA dùng ACLR là số dương tính bằng dB — hai đại lượng chỉ khác nhau ở dấu.
Giới hạn 3GPP: 45 dB ở FR1 và 28/26 dB ở FR2
Với trạm gốc FR1 (BS type 1-C và 1-H), giới hạn ACLR là 45 dB, áp dụng ở độ lệch tần số bằng BWChannel và 2 × BWChannel so với sóng mang ngoài cùng, cho toàn bộ dải băng thông kênh từ 5 MHz đến 100 MHz. Khi băng tần đó cũng được định nghĩa cho E-UTRA hoặc UTRA, còn thêm hai điểm kiểm ở BWChannel/2 + 2,5 MHz và BWChannel/2 + 7,5 MHz với bộ lọc vuông 4,5 MHz, cũng ở mức 45 dB.
Song song với giới hạn tỉ số còn có giới hạn tuyệt đối, đóng vai trò sàn cho các trạm công suất thấp: −13 dBm/MHz với trạm diện rộng Category A, −15 dBm/MHz với Category B, −25 dBm/MHz với trạm tầm trung và −32 dBm/MHz với trạm cục bộ. Thiết bị chỉ cần thoả điều kiện dễ hơn trong hai điều kiện — đó là lý do một pico-cell công suất thấp không bị buộc phải đạt 45 dB tuyệt đối.
Sang FR2, yêu cầu nới ra đáng kể vì việc tuyến tính hoá ở sóng milimet khó hơn nhiều. Với BS type 2-O, giới hạn là 28 dB cho các băng trong dải 24,25–33,4 GHz và 26 dB cho các băng trong dải 37–52,6 GHz, với băng thông kênh 50, 100, 200 và 400 MHz. Giới hạn tuyệt đối tương ứng là −13 dBm/MHz cho trạm diện rộng và −20 dBm/MHz cho trạm tầm trung và cục bộ.
Khi thiết bị phát trên phổ không liền mạch, phần khe giữa hai khối phổ được điều chỉnh bởi CACLR — tỉ số tính gộp đóng góp của cả hai sóng mang hai bên khe — thay vì ACLR đơn lẻ.
Bẫy lớn nhất khi đo ACLR: chọn sai mức trộn
Máy phân tích tín hiệu cũng là một thiết bị phi tuyến: nó có nền nhiễu riêng và tự sinh méo bậc ba riêng, và hai thứ đó biến thiên ngược chiều nhau theo mức tín hiệu đưa vào bộ trộn.
Mức trộn bằng mức tín hiệu vào trừ đi độ suy giảm của bộ suy hao. Suy hao thấp thì mức trộn cao: nền nhiễu lùi xuống, nhưng máy bắt đầu tự sinh méo và ta đo méo của chính máy. Suy hao cao thì mức trộn thấp: méo của máy biến mất, nhưng nền nhiễu dâng lên che mất phần rò thật. Giữa hai thái cực có một điểm tối ưu.
Keysight đặc tả điểm đó bằng một công thức gọn: mức trộn tối ưu cho độ chính xác xấp xỉ
MLtối ưu ≈ −37 dBm − (ACPR / 3)
với ACPR tính bằng decibel âm. Áp dụng cho một trạm gốc có ACPR khoảng −45 dBc, mức trộn tối ưu là −37 − (−15) = −22 dBm. Với một thiết bị đầu cuối có ACPR −33 dBc, con số là −37 + 11 = −26 dBm. Càng đo thiết bị tuyến tính tốt, càng phải đẩy mức trộn lên cao hơn — điều này đi ngược trực giác “cứ suy hao nhiều cho an toàn”.
Công thức này biến việc chọn suy hao từ mò mẫm thành tính toán: đo thô một lần để biết ACPR cỡ nào, tính mức trộn tối ưu, đặt suy hao sao cho mức trộn đạt giá trị đó, rồi đo lại.
Hiệu chỉnh nhiễu mua thêm bao nhiêu dải động
Hiệu chỉnh nhiễu là kỹ thuật máy tự đo nền nhiễu của chính nó rồi trừ khỏi kết quả. Câu hỏi thực tế là nó đáng giá bao nhiêu decibel, và đặc tả dải động ACPR của EXA trả lời rất cụ thể — số liệu dưới đây theo chuẩn W-CDMA, trọng số RRC, băng thông nhiễu 3,84 MHz, giá trị điển hình:
- Tắt hiệu chỉnh nhiễu, lệch 5 MHz, phương pháp Filtered IBW: −68 dB, mức trộn tối ưu danh định −8 dBm
- Tắt, lệch 5 MHz, phương pháp Fast: −67 dB, mức trộn −9 dBm
- Tắt, lệch 10 MHz, Filtered IBW: −74 dB, mức trộn −2 dBm
- Bật, lệch 5 MHz, Filtered IBW: −73 dB, mức trộn −8 dBm
- Bật, lệch 10 MHz, Filtered IBW: −76 dB, mức trộn −2 dBm
Đọc bảng này cho ra ba kết luận. Thứ nhất, hiệu chỉnh nhiễu mang lại khoảng 5 dB dải động ở độ lệch 5 MHz và khoảng 2 dB ở 10 MHz — ở xa hơn thì nền nhiễu bớt chi phối nên lợi ích giảm. Thứ hai, phương pháp Filtered IBW hơn phương pháp Fast khoảng 1 dB, cái giá phải trả là thời gian đo. Thứ ba, và quan trọng nhất: dải động của máy phải rộng hơn hẳn giá trị cần nghiệm thu. Đo một trạm gốc phải đạt 45 dB bằng một cấu hình chỉ cho dải động 68 dB là chấp nhận được, nhưng đo một thiết bị đạt tới 60 dB thì biên chỉ còn 8 dB và sai số sẽ không kiểm soát nổi.
Cần đọc các con số dải động này đúng bản chất: đây là giá trị điển hình, kiểm tại 2 GHz với tín hiệu 1 DPCH gần lý tưởng, hơn 80% máy mẫu đạt được, và không kèm bất định đo. Ngược lại, độ chính xác ACPR mới là thông số được đặc tả chặt: ±0,70 dB cho trạm gốc ở độ lệch 5 MHz trong vùng ACPR −42 đến −48 dBc, và ±0,17 dB cho thiết bị đầu cuối ở độ lệch 5 MHz trong vùng −30 đến −36 dBc.
Quy trình đo ACLR đáng tin cậy
- Khai báo đúng chuẩn vô tuyến và băng thông kênh để máy nạp đúng bộ lọc và đúng các độ lệch tần số cần kiểm.
- Đo thô một lần để ước lượng ACPR, rồi tính mức trộn tối ưu theo công thức −37 dBm − (ACPR/3) và đặt suy hao tương ứng. Lưu ý mức tối thiểu tại đầu vào RF là −36 dBm danh định.
- Bật hiệu chỉnh nhiễu và chọn phương pháp Filtered IBW nếu thời gian đo cho phép.
- Kiểm tra biên: dải động cấu hình hiện tại phải hơn giá trị nghiệm thu ít nhất khoảng 10 dB.
- Xác nhận kết quả không đổi khi thay đổi suy hao một bước. Nếu ACLR đo được thay đổi theo suy hao, bạn vẫn đang đo máy chứ chưa đo thiết bị.
- Ghi vào biên bản: chuẩn, băng thông kênh, độ lệch, phương pháp, trạng thái hiệu chỉnh nhiễu và mức trộn.
Bước 5 là phép thử quyết định và cũng là bước hay bị bỏ nhất. Nguyên tắc tương tự cũng chi phối các phép đo phát xạ có tiêu chuẩn ràng buộc chặt về bộ tách sóng và băng thông, như đã trình bày trong bài đo nhiễu EMI/EMC theo CISPR.
Chọn máy phân tích tín hiệu Keysight theo mức nghiệm thu
Keysight N9010B EXA phủ từ 10 Hz tới 44 GHz và là máy có bộ đặc tả dải động ACPR nêu ở trên. Đây là lựa chọn cân đối cho sản xuất và cho phòng thử nghiệm làm việc với các chỉ tiêu FR1 quanh mức 45 dB.
Khi cần biên dự phòng lớn hơn hoặc độ chính xác biên độ tốt hơn cho công việc phát triển, Keysight N9020B MXA là bậc cao hơn trong cùng họ X-Series, giữ nguyên giao diện đo và các ứng dụng đo nên quy trình không phải viết lại khi nâng cấp.
Với FR2 và các tín hiệu băng thông rất rộng, Keysight N9042B UXA phủ tới 50 GHz và mở rộng tới 110 GHz khi ghép bộ mở rộng tần số V3050A, với băng thông phân tích đủ để bao trọn kênh 400 MHz cùng các kênh lân cận trong một lần thu — điều kiện cần để đo ACLR ở FR2 mà không phải ghép nhiều lần quét.
Kết luận
ACLR là phép đo mà thiết bị đo và thiết bị cần đo cạnh tranh nhau trực tiếp. Ba việc quyết định kết quả: nạp đúng bộ lọc theo chuẩn vì định nghĩa ACLR gắn liền với bộ lọc; đặt mức trộn theo công thức −37 dBm − (ACPR/3) thay vì theo cảm tính; và luôn kiểm tra biên dải động trước khi tin vào con số. Với FR1 mốc cần nhớ là 45 dB, với FR2 là 28 dB và 26 dB tuỳ dải tần.
Độ chính xác biên độ của máy phân tích tín hiệu suy giảm theo thời gian và chỉ được bảo đảm bằng hiệu chuẩn định kỳ. Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 và hỗ trợ hiệu chuẩn máy phân tích tín hiệu, máy phân tích phổ cùng phụ kiện RF. Liên hệ hotline 0908 173 345 để được tư vấn cấu hình hoặc đặt lịch hiệu chuẩn.
