適用于5G時代的波形測試分析系統(tǒng)是怎樣的？ - 全文

現(xiàn)如今，5G技術(shù)作為新一代通信技術(shù)熱點，面臨眾多的研究難題，其中之一就是需要對數(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 5G 信號的生成和分析提出了新的測試挑戰(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波形信號生成及分析系統(tǒng)軟件，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(yīng)用場景中如何進行軟硬件結(jié)合，并對不同波形進行測試分析的。

實施 5G 測試對網(wǎng)絡(luò)軟硬件、技術(shù)要求如何？

早期的5G研究及測試對于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(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。是德科技推薦測試臺通過軟硬件實現(xiàn)對5G 測試的靈活性要求。

目前，國家對5G 研究呈現(xiàn)出 6 大技術(shù)特征：

-每個地區(qū)的移動數(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

–端到端時延 < 1ms

–5G 接入無所不在，覆蓋低密度區(qū)域

5G 對測試系統(tǒng)提出多種波形、支持新技術(shù)、設(shè)備及實現(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)波束賦形等先進技術(shù)。

另外，5G 測試平臺必須支持傳統(tǒng)和全新無線接入技術(shù)（RAT）的多個頻段，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。

最后，新的波形、多頻段、寬帶寬和更高階調(diào)制可能對功率放大器（PA）設(shè)計提出全新挑戰(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 波形測試平臺

是德科技（Keysight）提供一套創(chuàng)新、靈活的5G測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)由經(jīng)過驗證的現(xiàn)成的軟件和硬件組成。在信號開發(fā)階段有兩個關(guān)鍵的軟件：一個是 SystemVue 軟件，用于實施仿真、假設(shè)分析和算法開發(fā)；另一個是 Signal Studio 軟件，用于在研發(fā)測試初期生成測試信號。生成測試信號的硬件使用 M8190A 任意波形發(fā)生器（AWG），它可以生成信號來驅(qū)動 E8267D PSG 矢量信號發(fā)生器的寬帶 I/Q 調(diào)制輸入。使用 89600 VSA 軟件、X 系列信號分析儀和寬帶 Infiniium 示波器執(zhí)行信號解調(diào)和分析任務(wù)。

Keysight 5G波形測試臺，通過軟件創(chuàng)建和分析 5G 波形及定制波形，與兩個硬件——精密型 AWG 和具有寬帶 I/Q 輸入的矢量信號發(fā)生器相結(jié)合，能夠生成調(diào)制帶寬高達 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 軟件也能夠駐留在仿真軟件中使用，或在信號分析儀、示波器以及負責(zé)控制各種儀器或數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 PC 上運行，以實施信號解調(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測試臺軟硬件概念性配置

是德科技（Keysight）推薦5G波形測試軟硬件配置

軟件

在測試臺硬件中，M8190A AWG 任意波性發(fā)生器與嵌入式控制器一起安裝在 AXIe 機箱中。有兩個軟件在該控制器上運行： SystemVue（配有W1906 5G基帶探測程序庫）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試定制算法或?qū)Ｓ兴惴?。雖然 SystemVue 主要用于系統(tǒng)設(shè)計和算法開發(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設(shè)備中，以便在使用各種是德科技信號分析儀和示波器執(zhí)行 EVM 測試時調(diào)用。Signal Studio 還可用于為 M8190A AWG 生成波形，并下載波形至三個矢量信號發(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，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 定制調(diào)制軟件可以作為信號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 存儲器。

該 AWG 用于驅(qū)動配有寬帶差分外部 I/Q 輸入（選件016）的 E8267D PSG 矢量信號發(fā)生器。寬帶輸入能夠在高達 44 GHz 的載波信號上產(chǎn)生高達 2 GHz 的調(diào)制帶寬。對于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(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)行高達幾個 GHz 到幾十個 GHz 解調(diào)分析。

這個實例配置可以用于射頻、微波和毫米波信號生成與分析。適用于特定應(yīng)用的最佳硬件配置取決于您所關(guān)注的實際頻率、帶寬和波形。有時，推薦的解決方案可能還包括經(jīng)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(xiàn)。這兩個信號經(jīng)過重采樣后結(jié)合到一個復(fù)合波形中，該復(fù)合波形而后下載到 M8190A AWG 中。使用 PXA信號分析儀和 89600 VSA 軟件分析 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(jié)果。通過對比得知，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

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；它不需要兩個獨立的信號發(fā)生器。

LTE 信號位于凹陷的 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 信號并計算出 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(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。這個假設(shè)分析場景實例可以用測試臺輕松測試。

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(diào)制 60GHz）測試與分析平臺

是德科技毫米波測試臺（寬帶單載波調(diào)制），硬件配置如下所示。用SystemVue 以 2 GHz 符號率、4 倍過采樣和 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 矢量信號發(fā)生器的寬帶I/Q輸入端。PSG 產(chǎn)生一個5 GHz信號，再通過 Keysight N5152A 60 GHz 上變頻器轉(zhuǎn)換為 60 GHz。MXG 模擬信號發(fā)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

對于帶寬高達 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，這些變化對信號質(zhì)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，并使用已安裝的 89600 VSA 軟件解調(diào)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(yōu)勢，可以對減少因系統(tǒng)未正確校準而產(chǎn)生的幅度和相位誤差提供很大幫助。

信號鏈內(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)可以補償測試信號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，因為硬件在寬帶寬上會導(dǎo)致信號減損。不過在本例中沒有使用自適應(yīng)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(jīng)校正而具有低 EVM 的波形。

解調(diào)結(jié)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，并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。對于信號分析，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(fā)生器（右下）為上變頻器和下變頻器提供本振信號。

改變上變頻器并添加下變頻器可以實現(xiàn)在 72GHz 上的工作