var APP_PATH = 'http://www.mwrf.net/'; var IMG_PATH = 'http://www.mwrf.net/statics/images/';

支持5G波形产生与分析的灵活测试平台

发布日期:2016-11-16 16:16:52 浏览次数:0 我要评论(0) 字号:

尽管全球才刚刚开始布建LTE和LTE-Advanced网络,新一代无线网络的研究已如火如荼地展开。新一代5G可能由密集且高度整合的小蜂窝(small cells)网络组成,并利用数种不同的空中接口,在微波和毫米波频段中传输,以支持高达10 Gbps的峰值数据速率,和不到1 ms的往返延迟。这个组合式网络也许能支持各类的情境,包含简单的机器对机器(M2M)设备,或是沉浸式虚拟现实串流。5G技术预计将带来美好的终端使用者体验,但同时也让5G系统开发工程师面临许多有趣的挑战。

产生与分析5G波形的测试挑战

从技术预测跳跃到实际部署,必须从创造、产生、和分析原型信号开始。目前业界还没有发布5G标准,因此也尚未定义物理层波形。虽然业界对于5G波形仍无共识,但是多载波滤波(FBMC)、通用滤波多载波(UFMC)以及正交分频多任务(OFDM)波形都在候选名单中。其他可能的选项还包括sub-6 GHz频率的波形,以及在微波和毫米波(mmWave)频段的波形,其带宽可能高达2 GHz。目前仍在研究中的各种波形、频率及带宽,为5G信号的产生与分析,带来各式各样新的测试挑战。

克服这些挑战的关键在于,进行5G研究及先期测试时的灵活性。在评估初期概念和新的候选5G波形时,工程师必须具备执行假设(What-If)分析的能力。少了这项能力,将导致选择错误路径、或是直到开发后期才发现问题的风险升高,而开发后期的任何变更,都将耗费皇冠娱乐平台下载的代价与时间。因此信号发生与分析工具的灵活性显得特别重要,因为它们让工程师能在出现更强大的5G候选波形时,迅速改变研发方向。工程师也需要能够灵活地使用大范围的调制带宽(从几MHz到数个GHz),以及从RF到微波、甚至是毫米波的频段。

Keysight  5G波形产生与分析测试平台参考解决方案,是克服这些挑战的理想工具。它结合了市售的现成软硬件,来打造一个灵活无比的5G波形产生和分析测试平台。

5G波形产生与分析测试平台参考解决方案

这个测试平台参考解决方案的多元软件和硬件组件,提供了更高的灵活性。在软件部分,这种灵活性确保工程师可产生并分析各种不同形态的5G候选波形及客制波形。而在硬件部分,灵活性和扩充性则使得工程师能够产生并分析从RF到毫米波频段的信号,带宽可高达2 GHz。

图1显示的软硬件组合,可用来建构一个灵活的5G波形产生与分析测试平台参考解决方案。为了产生调制带宽高达2 GHz、频率高达44 GHz的宽带测试信号,这个解决方案使用了精密型任意波形发生器(ARB),以及具有宽带I/Q输入的矢量信号发生器,再搭配信号发生软件。此外,它可通过升频器来产生更高频的信号。

这种软硬件的组合,使得工程师能够轻易产生各种5G候选波形,如客制的FBMC、OFDM,以及单载波波形。此外,系统级设计软件与硬件的整合,方便工程师进一步评估客制或是专属的算法以及假设情境。举例来说,工程师可评估LTE信号是否可与FBMC信号并存。

测试平台参考解决方案也能用来解调制并分析测试信号。在这个案例中,Keysight 89600 VSA软件通常与仿真软件搭配使用,或是在多个不同的硬件选项上执行。这些硬件选项包含了信号分析仪、示波器、或是控制各类仪器和数字转换器的个人计算机。

灵活的5G波形产生与分析测试平台参考解决方案

图1、灵活的5G波形产生与分析测试平台参考解决方案

我们将举两种不同的测试案例,来展示这个测试平台参考解决方案的功能。第一个测试信号是一个频率为28 GHz、带宽接近1 GHz的客制OFDM信号;第二个测试信号则是频率为73 GHz、带宽为2 GHz的单载波信号。

微波案例:客制28 GHz宽带OFDM信号发生与分析

在此案例中,测试平台参考解决方案基本配置结合了精密型AWG,以及具有宽带I/Q输入的矢量信号发生器,以便产生高达44 GHz的宽带微波测试信号。

如图2所示,信号发生软件产生了一个客制的OFDM波形,这个波形在28 GHz频率上具有近乎1 GHz的调制带宽。我们设定了前置码(preamble)、前导(pilot)和数据副载波的资源映像参数,包括其位置和每个资源区块的放大,并且设定前置码、调制,以及前导与数据载荷的I/Q值。

使用信号发生软件产生宽带客制OFDM信号

图2、使用信号发生软件产生宽带客制OFDM信号

所产生的波形会被读进AWG中,接着我们可以使用AWG的前端面板软件来播放此波形。AWG的IQ输出被馈送入矢量PSG的宽带IQ输入中,接着PSG将IQ波形调制至一个28 GHz的载波频率上。PSG RF输出测试信号后,您可使用63 GHz高效能示波器和89600 VSA软件进行分析。

图3以6组轨迹图来显示使用Keysight 89600 VSA软件测量测试信号后的结果:

1、左上:星座图
2、中上:EVM和副载波
3、右上:搜寻时间
4、左下:中央频率为28GHz的近1 GHz宽带谱
5、中下:误差总表
6、右下:OFDM均衡器信道频率响应

28 GHz的宽带(近1 GHz)客制OFDM信号解调制

图3、28 GHz的宽带(近1 GHz)客制OFDM信号解调制

毫米波案例:73 GHz的宽带单载波信号发生与分析

在此例中,测试平台参考解决方案基本配置使用毫米波升频器,让信号发生频率扩展到73 GHz,接着再使用毫米波降频器或是智能型波导混频器来进行信号分析。图4的简易方块图展示了用来产生与分析此毫米波信号的73 GHz硬件配置模板。我们使用微波信号发生器来为毫米波升频器提供LO,而毫米波放大器/滤波器则被用于升频器的输出端(未显示于图4中)。

73 GHz毫米波波形产生与分析的硬件配置范例

图4、73 GHz毫米波波形产生与分析的硬件配置范例

如结合使用波导智能型混频器与信号分析仪及示波器,您可分析从60至90 GHz的信号。波导智能型混频器可连接至毫米波升频器的输出端,而IF的输出会被接入信号分析仪,以进行频谱分析。辅助IF输出端则被馈送入示波器,以便使用VSA软件进行宽带信号之解调制分析。

在这些频率和带宽中,在由AWG、矢量信号发生器、升频器、波导智能型混频器、电缆/接驳线,以及信号分析仪所组成的信号链中,可能会出现线性振幅和相位误差。我们可利用VSA软件的可调式均衡器,导入必要的矢量校正,以减少线性振幅和相位误差。该均衡器会产生复数值(complex-valued)频率响应,可用来将振幅和相位误差极小化。系统级设计软件可读取此频率响应,以便产生宽带波形,接着使用它来预先修正(pre-correct)波形响应,如图5所示。

设计软件和测试设备的整合,用以修正测试信号的线性振幅和相位误差

图5、设计软件和测试设备的整合,用以修正测试信号的线性振幅和相位误差

图6显示一个频率为73 GHz、调制带宽为2 GHz的矢量校正波形的解调制分析。在大带宽下,如果因为硬件缺损而没有可调式均衡器可使用,要对2 GHz宽带信号进行解调制是非常困难的任务。然而,在此例中,您可在仿真时修正线性振幅和相位误差,无需可调式均衡器就可以产生低EVM的校正后波形。

用2 GHz调制带宽来解调制73 GHz的波形

图6、用2 GHz调制带宽来解调制73 GHz的波形

开发5G的道路上布满荆棘,充满了各种难以克服的挑战。研究人员和工程师们需要高度的灵活性,来全面因应这些挑战,并且随着5G的演进,快速改变研发方向。

本文讨论的5G波形产生与分析测试平台参考解决方案,结合使用软硬件,来建构灵活的5G波形产生与分析测试平台。工程师和研究人员可利用这套解决方案来产生并分析各种新兴的5G候选波形。该测试平台的软件组件可灵活无比地产生并分析各种5G候选波形;而硬件部分则提供从RF到微波及毫米波频率的灵活性和可扩充性,并且具有高达2 GHz的调制带宽。

作者:Greg Jue/Keysight Technologies

Greg Jue/Keysight Technologies

Greg Jue为是德科技5G应用产品的应用开发工程师暨科学家。Greg曾皇家娱乐手机版网址于是德科技航天与国防应用、高效能示波器以及EEsof等不同部门,专攻WLAN 802.11ac、LTE、WiMAX、航天与国防,以及SDR应用。Greg撰写过是德科技LTE book的设计模拟章节,同时也是许多文章、演讲、应用文件和白皮书的撰稿者,作品包括《部署灵活的5G 波形产生与分析测试平台》白皮书。在安捷伦时期,Greg是最早推出结合了设计模拟与测试之整合式解决方案的先锋,并曾撰写许多关于结合新兴科技模拟和测试的应用说明。在1995年加入HP/安捷伦之前,他曾在加州理工学院喷射推进实验室的深空网络(Deep Space Network)计划中从事系统设计。

本文刊登于微波射频网旗下《微波射频技术》杂志 2016无线射频专刊,未经允许谢绝转载。

《微波射频技术》杂志 2016无线射频专刊

博聚网