適用於5G時代的波形測試分析系統是怎樣的?

適用於5G時代的波形測試分析系統是怎樣的？

辰光 發表於 2017-03-31 14:51:33

現如今，5G技術作為新一代通信技術熱點，面臨眾多的研究難題，其中之一就是需要對數量眾多的波形、頻率和帶寬加以分析，除了傳統的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 5G 信號的生成和分析提出了新的測試挑戰，因此靈活性是當今 5G 研究的關鍵要求。這裡小編將結合是德科技（Keysight）基於5G波形信號生成及分析系統軟體，以射頻、毫米波兩個單獨案例作為例子，為大家具體講解5G 波形應用場景中如何進行軟硬體結合，並對不同波形進行測試分析的。

實施 5G 測試對網絡軟硬體、技術要求如何？

早期的5G研究及測試對於靈活性提出了三點要求：①能夠生成與分析新的波形；②支持從幾 MHz 到幾 GHz 的廣泛調製帶寬；③支持從射頻到微波再到毫米波的廣泛的頻率範圍。是德科技推薦測試臺通過軟硬體實現對5G 測試的靈活性要求。

目前，國家對5G 研究呈現出 6 大技術特徵：

-每個地區的移動數據流量增加 1000 倍

–連接的設備數量增加 10 到 100倍

–典型的用戶數據速率提高 10 到 100 倍

–能耗降低 10 倍

–端到端時延 < 1ms

–5G 接入無所不在，覆蓋低密度區域

5G 對測試系統提出多種波形、支持新技術、設備及實現方法提出更高的要求。

5G 新波形要求設備能夠支持更高密度的用戶群、更高的數據吞吐量以及對所分配頻譜更高效的利用。需要應用 MIMO 等多天線技術以支持高數據吞吐量，還要研究大規模 MIMO 和自適應波束賦形等先進技術。

另外，5G 測試平臺必須支持傳統和全新無線接入技術（RAT）的多個頻段，包括用於高數據吞吐量應用的 5G 毫米波頻段擴展。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、定期和混合模式。

最後，新的波形、多頻段、寬帶寬和更高階調製可能對功率放大器（PA）設計提出全新挑戰，並可能需要應用新的 PA 數字預失真（DPD）技術。

是德科技（Keysight）創新靈活 5G 波形測試平臺

是德科技（Keysight）提供一套創新、靈活的5G測試系統。該測試系統由經過驗證的現成的軟體和硬體組成。在信號開發階段有兩個關鍵的軟體：一個是 SystemVue 軟體，用於實施仿真、假設分析和算法開發；另一個是 Signal Studio 軟體，用於在研發測試初期生成測試信號。生成測試信號的硬體使用 M8190A 任意波形發生器（AWG），它可以生成信號來驅動 E8267D PSG 矢量信號發生器的寬帶 I/Q 調製輸入。使用 89600 VSA 軟體、X 系列信號分析儀和寬帶 Infiniium 示波器執行信號解調和分析任務。

Keysight 5G波形測試臺，通過軟體創建和分析 5G 波形及定製波形，與兩個硬體——精密型 AWG 和具有寬帶 I/Q 輸入的矢量信號發生器相結合，能夠生成調製帶寬高達 2 GHz、頻率高達 44GHz（使用上變頻器可以達到更高）的寬帶測試信號。另外，VSA 軟體也能夠駐留在仿真軟體中使用，或在信號分析儀、示波器以及負責控制各種儀器或數字轉換器的 PC 上運行，以實施信號解調和分析。下圖顯示了軟體和硬體元素的概念性配置。

是德科技（Keysight）5G測試臺軟硬體概念性配置

是德科技（Keysight）推薦5G波形測試軟硬體配置

軟體

在測試臺硬體中，M8190A AWG 任意波性發生器與嵌入式控制器一起安裝在 AXIe 機箱中。有兩個軟體在該控制器上運行： SystemVue（配有W1906 5G基帶探測程序庫）和用於定製調製的 N7608B Signal Studio 軟體。

SystemVue 支持仿真候選的 5G 波形以及定製的 OFDM 和 I/Q 波形，這些定製波形可以用於測試定製算法或專有算法。雖然 SystemVue 主要用於系統設計和算法開發，但它也能下載波形至 M8190A AWG。

Signal Studio 定製調製軟體具有參數化的圖形用戶界面（GUI），使用戶可以非常輕鬆地創建定製的 FBMC、I/Q 和 OFDM 波形。定製 OFDM 和定製 I/Q VSA 設置文件可以保存到存儲設備中，以便在使用各種是德科技信號分析儀和示波器執行 EVM 測試時調用。Signal Studio 還可用於為 M8190A AWG 生成波形，並下載波形至三個矢量信號發生器中： E8267D 微波 PSG、N5182B 射頻 MXG 和 N5172B 射頻 EXG。

89600 VSA 軟體提供定製 I/Q （選件 BHK）和定製 OFDM （選件 BHF）解調分析。前面提到過，它可以在 SystemVue 中使用，或在各種是德科技信號分析儀和示波器中運行，或在連接各種是德科技儀器的獨立 PC 上運行。Signal Studio 定製調製軟體可以作為信號生成和分析工具的伴侶，與 89600/BHK 配合執行定製 I/Q 調製分析，或與 89600/BHF 配合執行定製 OFDM 分析。

硬體

M8190A 是一款雙通道精密任意波性發生器，它擁有 14 位解析度和 8 GSa/s 採樣率或 12 位解析度和 12 GSa/s 採樣率兩種工作模式，以及 5 GHz 模擬帶寬和每通道 2 GSa 存儲器。

該 AWG 用於驅動配有寬帶差分外部 I/Q 輸入（選件016）的 E8267D PSG 矢量信號發生器。寬帶輸入能夠在高達 44 GHz 的載波信號上產生高達 2 GHz 的調製帶寬。對於毫米波頻率的信號生成，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 微波模擬信號發生器（N5183B）為毫米波上變頻器提供本振。

使用 Keysight N9040B UXA 或 N9030A PXA 信號分析儀執行頻譜分析和解調分析。使用配有 89600 VSA 軟體的 Keysight Infiniium 高性能示波器執行高達幾個 GHz 到幾十個 GHz 解調分析。

這個實例配置可以用於射頻、微波和毫米波信號生成與分析。適用於特定應用的最佳硬體配置取決於您所關注的實際頻率、帶寬和波形。有時，推薦的解決方案可能還包括經簡化的儀器配置和較少的儀器。

是德科技（Keysight）LTE 和 FBMC 射頻信號生成及測試平臺

LTE 和 FBMC 信號的生成可以通過下圖所示的SystemVue 原理圖實現。這兩個信號經過重採樣後結合到一個複合波形中，該複合波形而後下載到 M8190A AWG 中。使用 PXA信號分析儀和 89600 VSA 軟體分析 AWG 的輸出。

LTE和FBMC 信號生成SystemVue原理圖

如下圖顯示PXA 測得的測試信號結果。通過對比得知，FBMC 頻譜與 LTE 頻譜相比帶外頻譜的急劇降，是源於施加到 FBMC 信號的每子載波濾波所導致的。

與LTE相比，FBMC具有很明顯的帶外優勢

為了評測 LTE 與 FBMC 的共存，我們在 SystemVue 中修改了測試場景，使 FBMC 信號中存在部分有效子載波陷波。而後設置 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複合的 LTE/FBMC波形；它不需要兩個獨立的信號發生器。

LTE 信號位於凹陷的 FBMC 頻譜的中心

上圖右上方軌跡使用 89600 VSA 軟體生成。它解調 LTE 信號並計算出 EVM 為 0.6%，這表明 FBMC 帶外特性對包含此陷波的 LTE 信號影響極小。

陷波寬度很容易修改，LTE EVM 可以通過寬度（由子載波數量決定，寬度單位為 MHz）得出。圖14 顯示了一組與 FBMC 陷波寬度有關的 LTE EVM 結果。這個假設分析場景實例可以用測試臺輕鬆測試。

隨著陷波寬度的減小，LTE EVM 變差

是德科技（Keysight）毫米波（寬帶單載波調製 60GHz）測試與分析平臺

是德科技毫米波測試臺（寬帶單載波調製），硬體配置如下所示。用SystemVue 以 2 GHz 符號率、4 倍過採樣和 8 GSa/s 採樣率生成寬帶波形。波形隨後下載至 M8190A AWG，M8190A 的輸出連接至 PSG 矢量信號發生器的寬帶I/Q輸入端。PSG 產生一個5 GHz信號，再通過 Keysight N5152A 60 GHz 上變頻器轉換為 60 GHz。MXG 模擬信號發生器（右下）為上變頻器提供本振信號。

圖示推薦配置測試臺能夠生成毫米波信號

對於帶寬高達 2 GHz的 5G 應用，最重要的是應考慮到幅度和相位可能發生的變化，這些變化對信號質量有不利影響。在這種情況下，使用 Infiniium 示波器來直接測量 60GHz 測試信號，並使用已安裝的 89600 VSA 軟體解調和分析該信號。能夠不依賴外部下變頻器完成這些操作的優勢，可以對減少因系統未正確校準而產生的幅度和相位誤差提供很大幫助。

信號鏈內部（M8190A、PSG、電纜、上變頻器、電纜和互連）有可能在這些頻率上產生幅度和相位線性誤差。使用 89600 VSA 軟體中的自適應均衡器加以必要的矢量校正，可以減少這些誤差。均衡器會產生複數值的頻率響應，用它們可以最大限度地減少幅度和相位誤差。具體做法是，將頻率響應讀數輸入 SystemVue軟體，使用它校正波形響應。

自適應均衡器產生的頻率響應可以補償測試信號中的線性幅度和相位誤差

下圖顯示了經矢量校正的 60.48GHz 信號的解調分析結果。注意，不使用自適應均衡，通常很難解調 2 GHz 寬帶信號，因為硬體在寬帶寬上會導致信號減損。不過在本例中沒有使用自適應均衡，幅度和相位線性誤差在仿真過程中得到校正，從而生成經校正而具有低 EVM 的波形。

解調結果顯示了誤差補償所帶來的改善

通過用 60-90 GHz VDI 上變頻器代替 N5152A 60 GHz 上變頻器，並添加濾波器和隔離器，相同的測試臺配置可以在 72 GHz 頻率上使用。對於信號分析，使用 60-90 GHz VDI 下變頻器將信號降頻到4 GHz IF。在此情況下，使用 MXG 模擬信號發生器（右下）為上變頻器和下變頻器提供本振信號。

改變上變頻器並添加下變頻器可以實現在 72GHz 上的工作

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