無線通信工具一直在不斷發(fā)展,以跟上不斷變化的技術(shù)需求。擴(kuò)展的信號(hào)帶寬、高階調(diào)制和空間多路復(fù)用可在無線通信中實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率。這些不斷增加的帶寬促進(jìn)了寬帶數(shù)據(jù)的用戶體驗(yàn)。用戶對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的期望推動(dòng)了對(duì)可靠系統(tǒng)級(jí)性能的需求。因此,當(dāng)無線概念從仿真轉(zhuǎn)向測(cè)試時(shí),降低不確定性對(duì)于有效的產(chǎn)品開發(fā)至關(guān)重要。
用于測(cè)量裝置的測(cè)試夾具范圍從簡(jiǎn)單的電纜到帶有分路器、耦合器和信號(hào)調(diào)理的復(fù)雜夾具。設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常評(píng)估被測(cè)設(shè)備 (DUT) 的性能。設(shè)計(jì)人員可以通過校準(zhǔn)或解嵌測(cè)試夾具來隔離 DUT 的性能,以消除此類夾具固有的系統(tǒng)誤差。測(cè)量裝置通常使用矢量信號(hào)發(fā)生器 (VSG) 和信號(hào)分析儀來評(píng)估 DUT 的性能。路徑損耗和頻率響應(yīng)顯示了測(cè)試夾具如何導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。
路徑丟失是一個(gè)已知問題,需要正確管理。與信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)相比,傳輸過程中損失的信號(hào)能量導(dǎo)致傳輸?shù)綔y(cè)量平面的功率更少。頻率響應(yīng)誤差(包括幅度和相位誤差)會(huì)影響瞬時(shí)帶寬。頻率響應(yīng)測(cè)量輸出信號(hào)的幅度和相位與輸入頻率的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)特定帶寬的頻率響應(yīng)不平坦時(shí),會(huì)對(duì)輸入信號(hào)的幅度和相位產(chǎn)生影響。即使在RF頻率下,更寬的帶寬也特別容易受到頻率響應(yīng)的影響。
除了物理世界中固有的噪聲外,瞬時(shí)帶寬上的任何頻率響應(yīng)都會(huì)對(duì) DUT 的輸出造成損害。如果損傷和測(cè)量結(jié)果之間沒有分離,則 DUT 性能會(huì)下降。均衡有時(shí)會(huì)降低頻率響應(yīng),但并非總是如此。這是因?yàn)橛捎谛诺理憫?yīng)的分辨率,人們不能總是完全校正頻率響應(yīng)。
信噪比 (SNR) 和誤差矢量幅度 (EVM) 可能會(huì)降低,因?yàn)闇y(cè)試夾具中的各種組件會(huì)增加頻率響應(yīng)和路徑損耗。去嵌是測(cè)量設(shè)置(包括 VSG 和信號(hào)分析儀)中眾所周知的校正過程。該過程消除了測(cè)試夾具產(chǎn)生的幅度和相位誤差。此過程稱為移動(dòng)參考平面;射頻工程師可以通過移動(dòng)參考平面來精確表征其 DUT。
如今,使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 是表征測(cè)試夾具的常用方法(圖 1)。測(cè)試夾具通過傳遞 .S2P 文件到信號(hào)發(fā)生器。為了補(bǔ)償測(cè)試夾具的路徑損耗,損耗補(bǔ)償文件可以提供幫助。
測(cè)量設(shè)置中的阻抗不匹配是另一個(gè)挑戰(zhàn)。雖然DUT輸入端的阻抗失配并不是一個(gè)新問題,但它確實(shí)需要更多地關(guān)注它如何影響測(cè)量。任何阻抗不匹配都會(huì)導(dǎo)致反射波傳播回信號(hào)源,并與之發(fā)生建設(shè)性和破壞性的相互作用,從而為入射信號(hào)增加額外的頻率紋波。當(dāng)入射波和反射波在電纜中共存時(shí),它們會(huì)損害測(cè)量結(jié)果。在使用高階正交幅度調(diào)制 (QAM) 的密集正交頻分復(fù)用 (OFDM) 傳輸中,反射波對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響更為顯著。
反射信號(hào)的能量通常會(huì)降低流向 DUT 的功率。使用反射計(jì)可以糾正阻抗不匹配。VNA 用戶熟悉反射儀在 VNA 架構(gòu)中的集成,用于校正 DUT 阻抗不匹配。用于信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)分析儀測(cè)量裝置的外部反射儀是市售的,但由于校正的復(fù)雜性,很少使用。
當(dāng)使用多個(gè) DUT 和測(cè)試系統(tǒng)時(shí),校正阻抗失配的復(fù)雜性會(huì)增加。每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)都有不同的阻抗匹配。因此,使用多個(gè)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試 DUT 將導(dǎo)致不同的測(cè)量結(jié)果和相關(guān)性挑戰(zhàn)。鑒于測(cè)試站種類繁多,修復(fù)阻抗失配以實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)之間的可重復(fù)性至關(guān)重要。此外,此步驟還可以節(jié)省設(shè)計(jì)驗(yàn)證和制造階段的時(shí)間。
如今,路徑損耗校正和解嵌在使用信號(hào)發(fā)生器和分析儀的測(cè)量環(huán)境中至關(guān)重要。使用反射儀可以創(chuàng)建匹配校正信號(hào)。它們協(xié)同工作,使用戶能夠?qū)π盘?hào)發(fā)生器、測(cè)試夾具和阻抗失配組合進(jìn)行反嵌,以了解目標(biāo)頻率上的幅度和相位(圖 2)。然而,由于難以實(shí)現(xiàn)這種校正,大多數(shù)信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)分析儀配置不使用匹配校正信號(hào)創(chuàng)建。
圖 2: 反射儀工作原理的基本原理。
EVM 測(cè)量為數(shù)字調(diào)制信號(hào)提供數(shù)值品質(zhì)因數(shù)。本振 (LO) 相位噪聲、功率放大器 (PA) 噪聲和 IQ 調(diào)制器問題等諸多問題都可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確。
EVM 測(cè)量有助于深入了解發(fā)射器和接收器的性能。這是因?yàn)?EVM 對(duì)任何信號(hào)缺陷都很敏感,這些缺陷會(huì)改變數(shù)字調(diào)制格式信號(hào)的幅度和相位軌跡。此外,通過調(diào)整接收器的混頻器電平、數(shù)字化儀的SNR和相位噪聲誤差,可以提高EVM測(cè)量的精度。頻率響應(yīng)和信噪比對(duì) EVM 有直接影響。要提高 EVM 性能,需要優(yōu)化輸送到 DUT 的功率,并盡可能多地消除頻率響應(yīng)源。
在無線系統(tǒng)中,均衡有助于降低頻率響應(yīng)的影響。由于信道響應(yīng)的分辨率有時(shí)不足以完全校正頻率響應(yīng),因此均衡偶爾會(huì)部分解決問題。5G NR 和 Wi-Fi 6 / 7 標(biāo)準(zhǔn)采用均衡來平坦傳輸系統(tǒng)的增益響應(yīng),因此在測(cè)量中不太明顯地看到頻率響應(yīng)導(dǎo)致的衰減。但是,并非所有無線標(biāo)準(zhǔn)都采用均衡。例如,無線回程和衛(wèi)星通信通常不使用均衡。
帶寬越寬,頻率響應(yīng)誤差越大。校正測(cè)試夾具中所有組件在瞬時(shí)帶寬上的頻率響應(yīng)會(huì)直接影響 EVM 結(jié)果。這凸顯了校準(zhǔn)和去嵌測(cè)試夾具的優(yōu)勢(shì)。
功率放大器對(duì)于通信系統(tǒng)的整體效率和吞吐量至關(guān)重要。然而,PA固有的非線性會(huì)導(dǎo)致鄰道干擾和帶內(nèi)失真。帶內(nèi)失真會(huì)降低通信系統(tǒng)的 EVM、誤碼率 (BER) 和數(shù)據(jù)吞吐量?,F(xiàn)代無線標(biāo)準(zhǔn),包括 WLAN、LTE、5G NR 和商業(yè)衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn),越來越多地使用 OFDM。OFDM調(diào)制格式支持用戶所需的寬帶寬數(shù)據(jù)應(yīng)用。設(shè)計(jì)工程師必須在非常高的數(shù)據(jù)速率下實(shí)現(xiàn)頻譜線性度,以實(shí)現(xiàn)用戶期望的服務(wù)質(zhì)量。對(duì)頻譜效率的要求將無線標(biāo)準(zhǔn)推向了更高階的QAM和非常密集的OFDM調(diào)制方案,這推動(dòng)了峰均功率比(PAPR)或信號(hào)包絡(luò)的大幅波動(dòng)。
數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 是當(dāng)代通信系統(tǒng)中的主要線性化方法。DPD提供出色的線性化能力,能夠保持整體效率,并充分利用數(shù)字信號(hào)處理器和A/D轉(zhuǎn)換器的持續(xù)進(jìn)步。為了成功部署 DPD,該算法必須準(zhǔn)確有效地對(duì) PA 行為進(jìn)行建模。
設(shè)計(jì)人員必須在給定當(dāng)代無線通信信號(hào)的 PAPR 的精確測(cè)量設(shè)置下激勵(lì) DUT,以預(yù)測(cè) DUT 將如何工作。由于工作條件變得更加動(dòng)態(tài),因此過去提供良好近似器件性能的測(cè)量(例如 S 參數(shù))不再是性能的近似值。VSG 和信號(hào)分析儀是典型的測(cè)量設(shè)備,用于在實(shí)際調(diào)制設(shè)置下評(píng)估組件、模塊和集成無線電的特性。測(cè)量設(shè)置越來越需要一種方法來補(bǔ)償實(shí)際調(diào)制條件引入 DUT 信號(hào)路徑的線性和非線性效應(yīng)。
均衡考慮了 DUT 和測(cè)試系統(tǒng)的幅度和相位響應(yīng)。因此,在測(cè)試線性器件時(shí),測(cè)試夾具和信號(hào)源的頻率響應(yīng)最終對(duì)EVM沒有影響。這意味著測(cè)試系統(tǒng)在DUT輸入端引入的任何線性誤差都會(huì)受到放大器非線性響應(yīng)的影響,從而導(dǎo)致均衡無濟(jì)于事的復(fù)雜誤差。誤應(yīng)用此修改會(huì)降低放大器的測(cè)量性能,使DPD模型更加困難。
結(jié)論
目前,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、外部反射儀以及生成和應(yīng)用校正的專業(yè)知識(shí)可以幫助進(jìn)行校正。但是,在原位完成這項(xiàng)工作可能具有挑戰(zhàn)性。在 VSG 中嵌入反射計(jì),只需按一下按鈕,即可原位生成入射到電流負(fù)載的 匹配校正信號(hào) 。** 此功能改善了無填充**的測(cè)量結(jié)果及其對(duì)系統(tǒng)性能的相應(yīng)影響。
此外,Keysight VSG 可以導(dǎo)入 .帶有 PathWave 信號(hào)生成解嵌軟件的 VNA 中的 S2P 文件,用于將 校準(zhǔn)平面擴(kuò)展到 DUT 輸入 。這種組合使用戶**能夠通過消除夾具和測(cè)試系統(tǒng)與 DUT 之間的不匹配相互作用來提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。 **N5186A MXG VSG 中的新型嵌入式反射儀展示了是德科技在支持測(cè)量精度的行業(yè)洞察方面的貢獻(xiàn)。
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