脈衝的律動 — TDD 系統中的時域瞬態與動態控制

在傳統的廣播電台或早期類比通訊中，射頻訊號是一條連續不斷的河流（Continuous Wave, CW），始終如一地流淌；然而，現代數位通訊網路——特別是 5G New Radio (NR) 和 Wi-Fi——更像是一場精密的「燈光秀」，訊號以毫秒甚至微秒為單位，在「傳輸」與「靜默」之間高速切換。

這種運作模式的轉變，將時間 (Time) 提升為與頻率和功率同等重要的測試維度。

在分時雙工 (Time Division Duplex, TDD) 系統成為主流的今天，RF 測試工程師面臨著一個全新的挑戰：系統不僅要在「穩定運作」時表現良好，更必須在「開」與「關」那電光石火般的瞬態 (Transient) 過程中，保持完美的控制。

TDD 的本質：時間的碎片化

為了提高頻譜效率，現代通訊系統（如 5G N78 頻段）大多採用 TDD 模式，這意味著發射機 (TX) 和接收機 (RX) 使用同一個頻率，僅通過時間來區分。

• 前 1 毫秒：基地台發射，手機接收（下行）。

• 後 1 毫秒：手機發射，基地台接收（上行）。

這種機制要求設備內部必須有一個高速的收發開關 (T/R Switch)。

這帶來了第一個物理挑戰：訊號不能「一直」存在，PA 必須在極短的時間內從「完全關閉」衝到「全功率輸出」，發送完數據包後，又必須瞬間回到「完全關閉」。

這段過程在測試儀器上被稱為功率對時間 (Power vs. Time, PVT) 的量測。

PVT 遮罩 (Mask)：嚴格的邊界

為了確保這種高速切換不會造成混亂，通信標準（如 3GPP）定義了嚴格的 PVT 遮罩 (Transmit ON/OFF Time Mask)，這是一個在時域上的「禁區」，訊號必須被完美地限制在這個形狀之內。

PVT 分析揭示了 RF 系統在三個關鍵階段的動態行為：

1. 爬升期 (Ramping Up) — 速度與濺射的兩難

當 PA 被喚醒時，輸出功率從雜訊基底迅速上升到目標功率，這裡存在一個物理學上的兩難：

• 如果上升太慢： 訊號會佔用數據符元 (Symbol) 的時間，導致數據頭部的資訊丟失，造成解調失敗。

• 如果上升太快： 這在物理上等同於一個極高頻的「階躍函數」(Step Function)，根據訊號處理原理，時域上的極速變化，必然會導致頻域上的能量擴散，這被稱為開關瞬態頻譜 (Switching Transient Spectrum) 或頻譜濺射 (Spectral Splatter)。

這表示僅僅因為 PA 開啟得「太快」，就可能在鄰近頻道產生一個瞬間的寬頻干擾脈衝，導致相鄰頻段的用戶掉線，因此，測試工程師必須驗證爬升曲線是否足夠平滑以抑制濺射，同時又足夠快以滿足時序要求。

2. 穩定發射期 (Burst Duration) — 功率控制的精度

在訊號達到全功率後，它必須保持絕對的穩定，這裡的挑戰是功率控制 (Power Control)，

5G 系統具有極大的動態範圍，當用戶在基地台旁邊時，手機可能只發射 -40 dBm 的微弱訊號；當用戶在小區邊緣時，手機必須咆哮出 +23 dBm 的全功率。

PVT 測試必須驗證系統能否在不同的功率等級下都維持平坦，常見的故障是功率下垂 (Power Droop)——由於電源供電能力不足或 PA 熱效應，導致脈衝末端的功率低於脈衝開頭，這會直接影響 EVM。

3. 關閉期 (Ramping Down) — 接收機的失明風險

當數據傳輸結束，PA 必須迅速關閉，這或許是最關鍵的階段。

如果 PA 關閉得不夠徹底或不夠快，殘留的能量（漏洩功率）會繼續佔用頻譜，在 TDD 系統中，緊接著發射時隙之後的就是接收時隙，如果發射機在該「閉嘴」的時候還在「低聲嘟囔」（Off-Power 太高），它強大的洩漏能量會直接致盲 (Desensitize) 自己的接收機，或者干擾同一頻段上的其他用戶。

測試規範通常要求「關閉狀態」的功率必須低於 -50 dBm 甚至更低，這考驗著 T/R 開關的隔離度以及 PA 的偏置控制邏輯。

隱形的殺手：瞬態頻譜 (Transient Spectrum)

大多數 RF 測試（如 ACLR, EVM）都是基於「穩態」(Steady State) 的，即分析訊號中間最穩定的部分，但瞬態頻譜關注的是訊號在「變化瞬間」的行為。

想像一輛車在高速公路上行駛（穩態）通常很安靜，但如果它進行急煞車或急加速（瞬態），就會發出刺耳的聲音，RF 系統也是如此。

在 TDD 的 ON/OFF 切換瞬間，或者在不同頻率間跳頻 (Frequency Hopping) 的瞬間，鎖相迴路 (PLL) 可能會失鎖，PA 的偏置電壓可能尚未穩定，這些瞬間的動盪會產生極短暫但能量巨大的雜散訊號 (Spurious Emissions)。

這些雜散訊號就像「幽靈」，它們在傳統的掃描式頻譜分析儀 (Swept Spectrum Analyzer) 上往往是不可見的，因為掃描儀的速度太慢，捕捉不到這些微秒級的閃爍。

這就是為什麼現代 RF 測試必須引入實時頻譜分析儀 (Real-Time Spectrum Analyzer, RTSA)，RTSA 能夠以極高的時間解析度無縫捕捉頻譜，只有它能揭示出這些隱藏在開關瞬間的「頻譜濺射」和「頻率過衝」。

5G 的新挑戰：動態頻寬與參數集切換

5G NR 引入了更複雜的時域動態性：頻寬部分 (Bandwidth Part, BWP) 的動態切換。

為了省電，5G 設備可以根據流量需求，即時調整其工作頻寬，例如，在待機時僅使用 5 MHz 頻寬監聽，在下載大文件時瞬間切換到 100 MHz 全頻寬。

這種切換發生在運作過程中。測試工程師必須驗證：

1. 切換時間是否在協定規定的微秒級範圍內？

2. 在頻寬「呼吸」（變大變小）的瞬間，LO 是否保持鎖定？

3. 是否產生了額外的瞬態干擾？

這要求測試系統具備與 DUT 高度同步的觸發能力，能夠精確地「瞄準」切換的那一瞬間進行分析。

結論：掌握時間的縫隙

時域分析揭示了 RF 系統最「躁動」的一面，一個在靜態測試中表現完美的 PA，可能會因為開關邏輯的微小瑕疵，在 PVT 測試中因「過衝」或「關閉太慢」而導致整個系統認證失敗，

對於 RF 測試工程師而言，理解 TDD 的時序、PVT 遮罩的物理意義以及瞬態效應的危害至關重要，我們不僅要確保訊號在「說話」時清晰（高 EVM），更要確保它在「呼吸」和「沉默」的瞬間，嚴格遵守時間的紀律。

在這個以毫秒為單位的數位通訊時代，精準地掌握時間的縫隙，是保證頻譜純淨與網路容量的最後一道防線。