工程師2 發表於 2018-05-10 10:29:00
圖1、R&S SMW200A矢量信號發生器外觀
R&S高端矢量信號發生器SMW200A於2013年正式面世，其功能經過三年來不斷豐富和完善，已經成為集毫米波寬帶信號發生器、多通道射頻信號發生器和MIMO信道衰落模擬器於一體的矢量信號產生平臺。SMW200A單臺儀器就能覆蓋100kHz到40GHz的頻率範圍，內部基帶的調製帶寬高達2000MHz。
SMW200A通過外置上變頻器（例如SGS100A或SGT100A）可以外部擴展最高六條射頻通道，加上本身具有的兩條射頻通道，總共八條。配置2個基帶模塊和4個信道模擬模塊後，可以實現4x4、8x2、2x8、8x4、4x8等MIMO信道衰落模擬，或者LTE-Advanced載波聚合模式下的4x4 MIMO場景模擬。在SMW200A面世之前，上述場景的模擬都需要多臺儀器來實現。
SMW200A內置各種重要的數字通信標準選件，包括LTE、LTE-Advanced、5G、3GPP FDD/HSPA/HSPA+、GSM/EDGE/EDGE Evolution、TD-SCDMA、CDMA2000/1xEV-DO和WLAN IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ad等。這些數字通信標準選件均為儀器內置，所有操作和配置都在儀器界面上簡單、快速的完成，無需外部電腦，從而簡化調試，節省時間。由於R&S SMW200A可以配置成多通道，可以快速、方便的產生多制式調製信號，對於目前熱門的多模基站測試十分方便。
SMW200A射頻性能良好，例如在1GHz頻點，偏離載波20KHz位置，單邊帶相位噪聲典型值為-139dBc。160MHz的WLAN IEEE 802.11ac信號，調製質量實測EVM值可到-49dB，其帶內頻響僅為0.05dB。因此可作為模塊級開發和測試中所需的高質量信號激勵源，如發射機調製器、混頻器、小信號放大器、功放，接收機低噪放，IQ解調器、濾波器、ADC需要高性能的射頻/中頻信號源進行分析驗證。SMW200A信號輸出功率大，可應用於大功率功放測試、收發信機阻塞測試等需要中、高功率信號驅動的場景。SMW200A可應用於接收機系統級驗證中，如靈敏度測試、模擬遇到阻塞幹擾、鄰道幹擾、接收互調影響等。
此外，方便、直觀是R&S SMW200A操作界面的基本理念，使用觸控螢幕以及框圖式菜單結構，用戶可以方便直觀的配置信號，並通過視圖觀測生成信號的整個流程。
SMW200A技術特點總結：
• 工作頻率範圍：100kHz ～40GHz
• 高功率輸出（無需選件）：保證值+18dBm，典型輸出+26dBm
• 極優異的信號質量：-139dBc/Hz @ 1GHz，20kHz offset
• 內置基帶源可最大支持2GHz射頻帶寬
• 具有極優異的幅度平坦響應：≤0.4dB （2GHz帶寬內）
• 支持實時產生矢量調製信號，同時支持波形文件播放的方式
• 內部ARB存儲空間最大可擴展至2G Samples
• 支持無線信道衰落模擬功能，可模擬真實環境對信號的影響
• 友好的操作界面，模塊化菜單接口，且支持觸摸操作
2. SMW200A主要應用下一代移動通信標準5G預計在2020年實現商用。目前為止，5G技術還處在預研階段，其技術規範還沒有統一定義，所以各大公司都在對5G技術進行積極的研究和討論，還需要完成許多研究和標準化工作。5G不僅僅是LTE-A的簡單演進，還會創造一個全新的技術框架體系，以滿足高速數據應用場景和容納爆發式增長的無線終端。5G滿足系統容量和高數據率的方法之一就是把頻譜擴展到毫米波頻段、採用Massive MIMO技術以及新型空中接口和多址技術。羅德與施瓦茨公司已經為開發者評估5G移動通信網絡提供了有力的技術支撐，主要包括以下三個方面：
（1） 毫米波頻段寬帶信號產生
微波頻段是5G對無線移動通信顛覆式的創新。傳統的移動通信工作頻段主要集中在3GHz以下，使得頻譜資源已經十分擁擠。而在毫米波頻段可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀。為了滿足5G網絡10Gbps級的數據速率，同時也需要更大的帶寬。矢量信號發生器SMW200A單臺儀表可以實現最高40GHz載波2GHz帶寬信號的產生。由於內置梳狀信號發生器作為校準源，SMW200A內置基帶電路產生的2GHz帶寬的信號無須額外的校準，即可達到優於0.4dB的帶內平坦度。
目前，已經標準化的毫米波寬帶通信標準是802.11ad，主要用於實現家庭內部無線高清音視頻信號的傳輸，為家庭多媒體應用帶來更完備的高清視頻解決方案。802.11ad拋棄了擁擠的2.4GHz和5GHz頻段，使用高頻載波的60GHz頻譜。由於60GHz頻譜在大多數國家有大段的頻率可供使用，因此802.11ad可以在波束賦型技術的支持下實現多信道的同時傳輸，最大數據率可達速度是7Gbps。SMW200A通過外置的毫米波上變頻器可將內部2GHz帶寬的802.11ad基帶信號上變頻到60GHz頻段，0.4dB的帶內平坦度使得EVM在60GHz頻率仍然保持在-32.2dB。
圖2、SMW200A內置基帶信號源頻率響應平坦度（上）和802.11ad 2GHz帶寬信號解調質量（下）
由於毫米波頻段的信道模型不同於傳統的6GHz以下移動通信頻段，所以針對該頻段的信道特性探測需求也越來越突出。R&S公司可以提供完整的信道探測方案，使用SMW200A和高頻寬帶頻譜儀FSW，頻率最高可達110GHz，帶寬最高可達2GHz。配合R&S最新發布的信道測量軟體TS-5GCS可以進行信道衝擊響應、功率時延特性（PDP）、都卜勒時延特性等參數測試。測試組網如下圖所示。
圖3、SMW200A和FSW信道測量測試組網
（2）Massive MIMO和多通道波束賦型信號產生
根據統計學原理，當基站側天線數遠大於用戶天線數時，基站到各個用戶的信道將趨於正交，用戶間的幹擾將趨於消失，而巨大的陣列增益也能夠有效的提升每個用戶的信噪比，從而在相同的時頻資源上支持更多的用戶。作為近年來備受關注的技術之一，多天線技術經歷了從無源到有源，從二維到三維（3D），從高階MIMO到大規模天線陣列（例如64、128天線陣列）的發展。Massive MIMO通常和波束賦型技術結合在一起使用，可以在三維空間形成具有高空間分辨能力的高增益窄細波束，能夠提供更靈活的空間復用能力，改善接收信號強度並更好的抑制用戶間幹擾，從而實現更高的系統容量和頻譜效率。
這在測試過程中就需要產生對應每根天線的多通道信號。矢量信號發生器SMW200A為MIMO系統測試提供了理想的選擇，它可以產生滿足標準要求的無線移動通信MIMO和波束賦型信號，目前單臺SMW200A通過擴展外置上變頻器最多可支持八根發射天線用於接收機測試。SMW200A配合外置上變頻器頻率可達到6GHz/20GHz/40GHz，帶寬160MHz或2000MHz。使用多臺SMW200A組合，可模擬天線數量沒有上限。同時，SMW200A還可以模擬完整的MIMO傳輸信道，最大支持32條衰落通道。
圖4、SMW200A外接6臺上變頻器擴展射頻輸出通道
（3）新型空中接口技術
為了進一步的提高頻譜利用率以及應用的靈活性，業界普遍認為在5G系統中會採用不同於4G的空中接口技術。目前被廣泛研究的主要包括：濾波組多載波技術（FBMC）、通用濾波器多載波技術（UFMC）、廣義頻分復用技術（GFDM）、基於濾波的正交頻分復用技術（f-OFDM）等。各個廠家都在積極的推動各自主導的新技術，希望能夠在5G標準中脫穎而出成為5G標準技術，不過這些技術是否能夠在5G系統中發揮更有效的作用，還有待進一步研究和驗證。
R&S公司基於矢量信號發生器SMW200A，結合矢量信號分析儀FSW實現了典型的新型空中接口技術的信號產生和分析，可以幫助各廠家進一步驗證其技術的可行性和射頻指標。下圖為SMW200A產生f-OFDM信號的配置和參數選擇。
圖5、SMW200A內置5G新波形產生功能f-OFDM
3. 小結根據IMT-2020推進組的最新進展，5G已經通過關鍵技術驗證，正在進行技術方案驗證階段。需要針對不同廠商的技術方案，基於統一頻率，統一規範，開展單基站性能測試和無線接入網和核心網增強技術的功能、性能和流程測試。各個設備廠家對於5G技術的測試需求已經越來越明顯。本文針對5G移動通信關鍵技術，簡要介紹了羅德與施瓦茨公司的矢量信號發生器SMW200A在毫米波寬帶信號產生、多通道射頻信號產生和MIMO信道衰落模擬等方面的應用方案和簡要參數指標。
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