和同行討論5G NR信號生成的4個成功套路

2019-06-10 來源:微波射頻網 我要評論(0) 字號:

測試基站和移動終端發射機和接收機首先仿真符合5G 新空口(NR)標準的信號。為了準確仿真信號,測試設備必須支持信道編碼和多天線配置,并且必須允許處理各種信號參數的多種組合,以支持復雜的測試設置。此外,測試人員還需要計量級參考信號,以便看到真正的被測器件特性。穩定的測試系統支持為各種測試場景(從元器件表征、設計驗證和預兼容性測試到批量生產測試)生成測試信號。

本文總結的4 個技巧將會幫助測試人員成功快速生成5G NR 測試信號。

和同行討論5G NR信號生成的4個成功套路

套路1、使用預配置的設置加速測試設置

3GPP規定了用戶設備(UE)和基站(gNB)的5G NR 測試要求。下表列出了UE 和gNB 的最低測試要求和一致性測試的技術規范(TS)。

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每個文件都規定了發射機特性、接收機特性和性能測試要求。另外:第1 部分規定的是傳導測試;第2 部分規定的輻射測試;第3 部分則規定了NR UE 在頻率范圍1(FR1,6GHz 以下頻率)和頻率范圍2(FR2,毫米波頻率)之間,或NR 和LTE 之間的互通。

圖1 顯示了FR1 的5G NR TM1.1。整個無線幀的圖形在左下角顯示。x 軸表示基于當前參數集的時隙,y 軸表示資源塊(RB)值。幀中使用的各種信道類型用不同顏色表示: 綠色表示下行鏈路共享信道(DL-SCH),淺綠色表示下行鏈路控制信息(DCI)。在右下角顯示的是詳細的RB 映射,包括紅色的解調參考信號(DMRS)和綠色的物理下行鏈路共享信道(PDSCH)。預配置的設置可幫助您生成符合3GPP 5G NR 標準的信號, 以便快速輕松地測試gNB、UE 發射機和接收機,如右上方所示。

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圖1:用于5G NR 的N7631C Signal Studio 軟件中的5G NR TM 配置

圖2 顯示了用于gNB 接收機測試的上行鏈路FRC。使用預配置工具之后,測試工程師接下來就只需要選擇測試類型,如接收機靈敏度和信道內靈敏度,或者是特定測試用例的動態范圍,然后選擇具有特定子載波間隔的FRC、資源塊數量、調制編碼方案和編碼率。

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圖2:PathWave 5G NR 信號生成軟件的嵌入式用戶界面中的5G NR FRC 配置

套路2、注意評估5G NR 波形

復雜的調制信號會產生更高的峰均功率比(PAPR),這可能導致被測器件(如放大器和混頻器)的非線性失真更高。測試工程師需要對生成的5GNR信號的功率電平進行統計分析。功率互補累積分布函數(CCDF)曲線能夠表征信號峰值超過平均功率電平的概率,并提供峰均功率比(PAPR)等關鍵信息。CCDF 幫助工程師了解給定信號在元件中產生非線性的概率,以及可能需要應用多少補償才能避免削弱信號峰值。使用信號發生器仿真數字調制信號時,要保證信號發生器不會使輸出信號飽和。

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圖3:顯示了使用測試模型(TM)1.1 仿真具有100 MHz 帶寬的5G NR FR1 下行鏈路信號波形。

波形的PAPR 高達19.5 dB。如果信號發生器的最大輸出功率為+20 dBm。 則您使用信號發生器可以達到的最大幅度設置(平均功率)為+0.5 dBm(20 –19.5 = 0.5)。這可以防止信號發生器的功率放大器飽和。信號發生器需要一個高線性度、失真較小的輸出部分,以便生成5G 信號。

套路3、信號源信道響應的校正

增強型移動寬帶(eMBB)是為5G 定義的用例之一。它通過結合使用現有技術和新技術來實現預期的極高數據吞吐量,包括更寬的信道帶寬、載波聚合、高調制密度和多天線配置。5G NR 在FR2 中的最大信道帶寬為400 MHz,最大聚合信道帶寬(連續)高達1.2 GHz。通常情況下,隨著信道帶寬增加,信道平坦度降低。下表列出了新無線標準的最大信道帶寬和聚合帶寬。

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大多數新型矢量信號發生器都支持內部校準程序(也叫工廠校準),這個程序會在整個射頻頻率和功率電平范圍內收集基帶和射頻幅度以及相位誤差的校正數據。校正數據包括應用于基帶波形的校正濾波器參數。校正處理由數字信號處理器(DSP)實時實施。

圖4 顯示了使用400 MHz 帶寬并開啟內部信道校正功能后,測量5G NR 信號所得到的結果。幅度的頻率響應小于 ±0.1 dB,相位為0.5 度,這表明其性能十分優異。

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圖4:400 MHz 帶寬下5G NR 信號的頻率響應

校準對于保證測量系統產生準確結果至關重要。儀器與被測器件(DUT)之間的路徑中存在著電纜、元器件和開關,它們會產生平坦度誤差,從而降低測量精度。您必須將測量精度從信號發生器的輸出端口(參考面)擴展到被測器件的測試端口,如圖5 所示。信號發生器和設備之間的任何網絡元件(電纜、連接器或夾具)都會影響信號的保真度。

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圖5:信道校正必須考慮到網絡元件的影響

是德科技提供了一種測量校正模塊向導程序,可以引導您完成對外部網絡(包括電纜、連接器以及介于信號發生器與被測器件之間的其他無源元件)的測量和計算校正。一旦表征了所需的拓撲結構,就可以將有效參考面移動到儀表/分析儀的連接點,從而從輸出信號中消除外部網絡的影響。

套路4、注意檢查帶外性能

數字調制使用幅度和相移,因此會產生一定的失真,這也稱為頻譜再生。

圖6 顯示了數字調制信號的頻譜再生(紅色)。頻譜再生在主信道外擴散。相鄰信道功率比(ACPR)測量可以檢查這種類型的失真;它測量主信道功率與進入相鄰信道的功率之比。在大多數蜂窩一致性測試規范中,ACPR 測量都是一項關鍵的發射機特征。要執行ACPR 測量,測試工程師需要使用失真極小的信號發生器,以生成符合特定標準的測試波形。

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3GPP 5G NR 標準沒有定義用于正交頻分復用(OFDM)信號的特殊基帶濾波器。在實踐中,設計人員通過實施OFDM 窗口化和基帶濾波,有效地降低了帶內和帶外發射。對于功率放大器等5G 射頻元件測試,Keysight Signal Studio 軟件提供基帶窗口化和濾波選項,允許您修改信號的誤差矢量幅度(EVM)和ACPR 特征,如下圖 所示。

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使用和未使用基帶濾波器時的5G NR 信號頻譜仿真

信號發生器需要更高的輸出功率電平,以補償毫米波頻率下過大的路徑損耗。但是,大功率信號可能導致信號失真,降低調制質量(EVM)并產生頻譜再生(ACPR)。這就要求您優化信號發生器的輸出線性度,最大限度降低高輸出電平時的相位噪聲,從而為5G NR 測試提供最佳的EVM 和ACPR 性能。

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最大的套路

Keysight M9383B/M9384B VXG 微波信號發生器

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Keysight M9383B/M9384B VXG 微波信號發生器采用緊湊型設計,可在單個儀器中提供1 MHz 至44 GHz 的頻率范圍、高達2 GHz 的射頻調制帶寬和雙相干信道。VXG 微波信號發生器可滿足最苛刻的寬帶毫米波應用要求,包括5G 和衛星通信應用。

是德科技與5G 行業的其他領導者密切合作,共同開發VXG 微波信號發生器,助力下一代蜂窩技術發展。我們提供了以下優勢:

1、率先在單個測試儀器中配備2 GHz 射頻調制帶寬的雙通道44 GHz 矢量信號發生器,降低 5G NR 測試系統設置的復雜性。

2、憑借更高的輸出功率與誤差矢量幅度(EVM)和相鄰信道功率比(ACPR)性能,減少了OTA 測試系統的路徑損耗。

3、通過與PathWave Signal Generation 集成,加速產品開發周期。PathWave Signal Generation 是一個軟件套件,可以生成各種演進中的、符合標準的3GPP 5G NR 信號,用于測試基站、移動終端發射機和接收機。另外,它還支持信道編碼和多天線配置,包括支持最新的3GPP 15.4.0 版(2018-12),例如下行鏈路控制資源集(COREST)更新、以及下行鏈路/上行鏈路信道更新和配置。

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