現(xiàn)如今,5G技術(shù)作為新一代通信技術(shù)熱點(diǎn),面臨眾多的研究難題,其中之一就是需要對(duì)數(shù)量眾多的波形、頻率和帶寬加以分析,除了傳統(tǒng)的6GHz以下頻率的波形以外,還包括了微波、毫米波等波形,有些波形甚至還涉及到大帶寬。所有這些因素對(duì) 5G 信號(hào)的生成和分析提出了新的測(cè)試挑戰(zhàn),因此靈活性是當(dāng)今 5G 研究的關(guān)鍵要求。這里小編將結(jié)合是德科技(Keysight)基于5G波形信號(hào)生成及分析系統(tǒng)軟件,以射頻、毫米波兩個(gè)單獨(dú)案例作為例子,為大家具體講解5G 波形應(yīng)用場(chǎng)景中如何進(jìn)行軟硬件結(jié)合,并對(duì)不同波形進(jìn)行測(cè)試分析的。
實(shí)施 5G 測(cè)試對(duì)網(wǎng)絡(luò)軟硬件、技術(shù)要求如何?
早期的5G研究及測(cè)試對(duì)于靈活性提出了三點(diǎn)要求:①能夠生成與分析新的波形;②支持從幾 MHz 到幾 GHz 的廣泛調(diào)制帶寬;③支持從射頻到微波再到毫米波的廣泛的頻率范圍。是德科技推薦測(cè)試臺(tái)通過(guò)軟硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)5G 測(cè)試的靈活性要求。
目前,國(guó)家對(duì)5G 研究呈現(xiàn)出 6 大技術(shù)特征:
-每個(gè)地區(qū)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增加 1000 倍
–連接的設(shè)備數(shù)量增加 10 到 100倍
–典型的用戶數(shù)據(jù)速率提高 10 到 100 倍
–能耗降低 10 倍
–端到端時(shí)延 < 1ms
–5G 接入無(wú)所不在,覆蓋低密度區(qū)域
5G 對(duì)測(cè)試系統(tǒng)提出多種波形、支持新技術(shù)、設(shè)備及實(shí)現(xiàn)方法提出更高的要求。
5G 新波形要求設(shè)備能夠支持更高密度的用戶群、更高的數(shù)據(jù)吞吐量以及對(duì)所分配頻譜更高效的利用。需要應(yīng)用 MIMO 等多天線技術(shù)以支持高數(shù)據(jù)吞吐量,還要研究大規(guī)模 MIMO 和自適應(yīng)波束賦形等先進(jìn)技術(shù)。
另外,5G 測(cè)試平臺(tái)必須支持傳統(tǒng)和全新無(wú)線接入技術(shù)(RAT)的多個(gè)頻段,包括用于高數(shù)據(jù)吞吐量應(yīng)用的 5G 毫米波頻段擴(kuò)展。需要支持多種接入模式,包括非正交多址接入(NOMA)模式,以及隨機(jī)、定期和混合模式。
最后,新的波形、多頻段、寬帶寬和更高階調(diào)制可能對(duì)功率放大器(PA)設(shè)計(jì)提出全新挑戰(zhàn),并可能需要應(yīng)用新的 PA 數(shù)字預(yù)失真(DPD)技術(shù)。
是德科技(Keysight)創(chuàng)新靈活 5G 波形測(cè)試平臺(tái)
是德科技(Keysight)提供一套創(chuàng)新、靈活的5G測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)由經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的現(xiàn)成的軟件和硬件組成。在信號(hào)開(kāi)發(fā)階段有兩個(gè)關(guān)鍵的軟件:一個(gè)是 SystemVue 軟件,用于實(shí)施仿真、假設(shè)分析和算法開(kāi)發(fā);另一個(gè)是 Signal Studio 軟件,用于在研發(fā)測(cè)試初期生成測(cè)試信號(hào)。生成測(cè)試信號(hào)的硬件使用 M8190A 任意波形發(fā)生器(AWG),它可以生成信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng) E8267D PSG 矢量信號(hào)發(fā)生器的寬帶 I/Q 調(diào)制輸入。使用 89600 VSA 軟件、X 系列信號(hào)分析儀和寬帶 Infiniium 示波器執(zhí)行信號(hào)解調(diào)和分析任務(wù)。
Keysight 5G波形測(cè)試臺(tái),通過(guò)軟件創(chuàng)建和分析 5G 波形及定制波形,與兩個(gè)硬件——精密型 AWG 和具有寬帶 I/Q 輸入的矢量信號(hào)發(fā)生器相結(jié)合,能夠生成調(diào)制帶寬高達(dá) 2 GHz、頻率高達(dá) 44GHz(使用上變頻器可以達(dá)到更高)的寬帶測(cè)試信號(hào)。另外,VSA 軟件也能夠駐留在仿真軟件中使用,或在信號(hào)分析儀、示波器以及負(fù)責(zé)控制各種儀器或數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 PC 上運(yùn)行,以實(shí)施信號(hào)解調(diào)和分析。下圖顯示了軟件和硬件元素的概念性配置。
是德科技(Keysight)5G測(cè)試臺(tái)軟硬件概念性配置
是德科技(Keysight)推薦5G波形測(cè)試軟硬件配置
軟件
在測(cè)試臺(tái)硬件中,M8190A AWG 任意波性發(fā)生器與嵌入式控制器一起安裝在 AXIe 機(jī)箱中。有兩個(gè)軟件在該控制器上運(yùn)行: SystemVue(配有W1906 5G基帶探測(cè)程序庫(kù))和用于定制調(diào)制的 N7608B Signal Studio 軟件。
SystemVue 支持仿真候選的 5G 波形以及定制的 OFDM 和 I/Q 波形,這些定制波形可以用于測(cè)試定制算法或?qū)S兴惴?。雖然 SystemVue 主要用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和算法開(kāi)發(fā),但它也能下載波形至 M8190A AWG。
Signal Studio 定制調(diào)制軟件具有參數(shù)化的圖形用戶界面(GUI),使用戶可以非常輕松地創(chuàng)建定制的 FBMC、I/Q 和 OFDM 波形。定制 OFDM 和定制 I/Q VSA 設(shè)置文件可以保存到存儲(chǔ)設(shè)備中,以便在使用各種是德科技信號(hào)分析儀和示波器執(zhí)行 EVM 測(cè)試時(shí)調(diào)用。Signal Studio 還可用于為 M8190A AWG 生成波形,并下載波形至三個(gè)矢量信號(hào)發(fā)生器中: E8267D 微波 PSG、N5182B 射頻 MXG 和 N5172B 射頻 EXG。
89600 VSA 軟件提供定制 I/Q (選件 BHK)和定制 OFDM (選件 BHF)解調(diào)分析。前面提到過(guò),它可以在 SystemVue 中使用,或在各種是德科技信號(hào)分析儀和示波器中運(yùn)行,或在連接各種是德科技儀器的獨(dú)立 PC 上運(yùn)行。Signal Studio 定制調(diào)制軟件可以作為信號(hào)生成和分析工具的伴侶,與 89600/BHK 配合執(zhí)行定制 I/Q 調(diào)制分析,或與 89600/BHF 配合執(zhí)行定制 OFDM 分析。
硬件
M8190A 是一款雙通道精密任意波性發(fā)生器,它擁有 14 位分辨率和 8 GSa/s 采樣率或 12 位分辨率和 12 GSa/s 采樣率兩種工作模式,以及 5 GHz 模擬帶寬和每通道 2 GSa 存儲(chǔ)器。
該 AWG 用于驅(qū)動(dòng)配有寬帶差分外部 I/Q 輸入(選件016)的 E8267D PSG 矢量信號(hào)發(fā)生器。寬帶輸入能夠在高達(dá) 44 GHz 的載波信號(hào)上產(chǎn)生高達(dá) 2 GHz 的調(diào)制帶寬。對(duì)于毫米波頻率的信號(hào)生成,可以使用是德科技(58-64 GHz N5152A)和 Virginia Diodes Inc.(60 GHz 至 90 GHz)的上變頻器。使用 MXG 微波模擬信號(hào)發(fā)生器(N5183B)為毫米波上變頻器提供本振。
使用 Keysight N9040B UXA 或 N9030A PXA 信號(hào)分析儀執(zhí)行頻譜分析和解調(diào)分析。使用配有 89600 VSA 軟件的 Keysight Infiniium 高性能示波器執(zhí)行高達(dá)幾個(gè) GHz 到幾十個(gè) GHz 解調(diào)分析。
這個(gè)實(shí)例配置可以用于射頻、微波和毫米波信號(hào)生成與分析。適用于特定應(yīng)用的最佳硬件配置取決于您所關(guān)注的實(shí)際頻率、帶寬和波形。有時(shí),推薦的解決方案可能還包括經(jīng)簡(jiǎn)化的儀器配置和較少的儀器。
是德科技(Keysight)LTE 和 FBMC 射頻信號(hào)生成及測(cè)試平臺(tái)
LTE 和 FBMC 信號(hào)的生成可以通過(guò)下圖所示的SystemVue 原理圖實(shí)現(xiàn)。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)重采樣后結(jié)合到一個(gè)復(fù)合波形中,該復(fù)合波形而后下載到 M8190A AWG 中。使用 PXA信號(hào)分析儀和 89600 VSA 軟件分析 AWG 的輸出。
LTE和FBMC 信號(hào)生成SystemVue原理圖
如下圖顯示PXA 測(cè)得的測(cè)試信號(hào)結(jié)果。通過(guò)對(duì)比得知,F(xiàn)BMC 頻譜與 LTE 頻譜相比帶外頻譜的急劇降,是源于施加到 FBMC 信號(hào)的每子載波濾波所導(dǎo)致的。
與LTE相比,F(xiàn)BMC具有很明顯的帶外優(yōu)勢(shì)
為了評(píng)測(cè) LTE 與 FBMC 的共存,我們?cè)?SystemVue 中修改了測(cè)試場(chǎng)景,使 FBMC 信號(hào)中存在部分有效子載波陷波。而后設(shè)置 LTE 中心頻率以匹配陷波的中心頻率(如下所示)。注釋:使用 M8190A 的單一輸出通道生成復(fù)合的 LTE/FBMC波形;它不需要兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)發(fā)生器。
LTE 信號(hào)位于凹陷的 FBMC 頻譜的中心
上圖右上方軌跡使用 89600 VSA 軟件生成。它解調(diào) LTE 信號(hào)并計(jì)算出 EVM 為 0.6%,這表明 FBMC 帶外特性對(duì)包含此陷波的 LTE 信號(hào)影響極小。
陷波寬度很容易修改,LTE EVM 可以通過(guò)寬度(由子載波數(shù)量決定,寬度單位為 MHz)得出。圖14 顯示了一組與 FBMC 陷波寬度有關(guān)的 LTE EVM 結(jié)果。這個(gè)假設(shè)分析場(chǎng)景實(shí)例可以用測(cè)試臺(tái)輕松測(cè)試。
隨著陷波寬度的減小,LTE EVM 變差
是德科技(Keysight)毫米波(寬帶單載波調(diào)制 60GHz)測(cè)試與分析平臺(tái)
是德科技毫米波測(cè)試臺(tái)(寬帶單載波調(diào)制),硬件配置如下所示。用SystemVue 以 2 GHz 符號(hào)率、4 倍過(guò)采樣和 8 GSa/s 采樣率生成寬帶波形。波形隨后下載至 M8190A AWG,M8190A 的輸出連接至 PSG 矢量信號(hào)發(fā)生器的寬帶I/Q輸入端。PSG 產(chǎn)生一個(gè)5 GHz信號(hào),再通過(guò) Keysight N5152A 60 GHz 上變頻器轉(zhuǎn)換為 60 GHz。MXG 模擬信號(hào)發(fā)生器(右下)為上變頻器提供本振信號(hào)。
圖示推薦配置測(cè)試臺(tái)能夠生成毫米波信號(hào)
對(duì)于帶寬高達(dá) 2 GHz的 5G 應(yīng)用,最重要的是應(yīng)考慮到幅度和相位可能發(fā)生的變化,這些變化對(duì)信號(hào)質(zhì)量有不利影響。在這種情況下,使用 Infiniium 示波器來(lái)直接測(cè)量 60GHz 測(cè)試信號(hào),并使用已安裝的 89600 VSA 軟件解調(diào)和分析該信號(hào)。能夠不依賴外部下變頻器完成這些操作的優(yōu)勢(shì),可以對(duì)減少因系統(tǒng)未正確校準(zhǔn)而產(chǎn)生的幅度和相位誤差提供很大幫助。
信號(hào)鏈內(nèi)部(M8190A、PSG、電纜、上變頻器、電纜和互連)有可能在這些頻率上產(chǎn)生幅度和相位線性誤差。使用 89600 VSA 軟件中的自適應(yīng)均衡器加以必要的矢量校正,可以減少這些誤差。均衡器會(huì)產(chǎn)生復(fù)數(shù)值的頻率響應(yīng),用它們可以最大限度地減少幅度和相位誤差。具體做法是,將頻率響應(yīng)讀數(shù)輸入 SystemVue軟件,使用它校正波形響應(yīng)。
自適應(yīng)均衡器產(chǎn)生的頻率響應(yīng)可以補(bǔ)償測(cè)試信號(hào)中的線性幅度和相位誤差
下圖顯示了經(jīng)矢量校正的 60.48GHz 信號(hào)的解調(diào)分析結(jié)果。注意,不使用自適應(yīng)均衡,通常很難解調(diào) 2 GHz 寬帶信號(hào),因?yàn)橛布趯拵捝蠒?huì)導(dǎo)致信號(hào)減損。不過(guò)在本例中沒(méi)有使用自適應(yīng)均衡,幅度和相位線性誤差在仿真過(guò)程中得到校正,從而生成經(jīng)校正而具有低 EVM 的波形。
解調(diào)結(jié)果顯示了誤差補(bǔ)償所帶來(lái)的改善
通過(guò)用 60-90 GHz VDI 上變頻器代替 N5152A 60 GHz 上變頻器,并添加濾波器和隔離器,相同的測(cè)試臺(tái)配置可以在 72 GHz 頻率上使用。對(duì)于信號(hào)分析,使用 60-90 GHz VDI 下變頻器將信號(hào)降頻到4 GHz IF。在此情況下,使用 MXG 模擬信號(hào)發(fā)生器(右下)為上變頻器和下變頻器提供本振信號(hào)。
改變上變頻器并添加下變頻器可以實(shí)現(xiàn)在 72GHz 上的工作
評(píng)論
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