和同行讨论5G NR信号生成的4个成功套路

2019-06-10 来源:微波射频网 我要评论(0) 字号:

测试基站和移动终端发射机和接收机首先仿真符合5G 新空口(NR)标准的信号。为了准确仿真信号,测试设备必须支持信道编码和多天线配置,并且必须允许处理各种信号参数的多种组合,以支持复杂的测试设置。此外,测试人员还需要计量级参考信号,以便看到真正的被测器件特性。稳定的测试系统支持为各种测试场景(从元器件表征、设计验证和预兼容性测试到批量生产测试)生成测试信号。

本文总结的4 个技巧将会帮助测试人员成功快速生成5G NR 测试信号。

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套路1、使用预配置的设置加速测试设置

3GPP规定了用户设备(UE)和基站(gNB)的5G NR 测试要求。下表列出了UE 和gNB 的最低测试要求和一致性测试的技术规范(TS)。

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每个文件都规定了发射机特性、接收机特性和性能测试要求。另外:第1 部分规定的是传导测试;第2 部分规定的辐射测试;第3 部分则规定了NR UE 在频率范围1(FR1,6GHz 以下频率)和频率范围2(FR2,毫米波频率)之间,或NR 和LTE 之间的互通。

图1 显示了FR1 的5G NR TM1.1。整个无线帧的图形在左下角显示。x 轴表示基于当前参数集的时隙,y 轴表示资源块(RB)值。帧中使用的各种信道类型用不同颜色表示: 绿色表示下行链路共享信道(DL-SCH),浅绿色表示下行链路控制信息(DCI)。在右下角显示的是详细的RB 映射,包括红色的解调参考信号(DMRS)和绿色的物理下行链路共享信道(PDSCH)。预配置的设置可帮助您生成符合3GPP 5G NR 标准的信号, 以便快速轻松地测试gNB、UE 发射机和接收机,如右上方所示。

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图1:用于5G NR 的N7631C Signal Studio 软件中的5G NR TM 配置

图2 显示了用于gNB 接收机测试的上行链路FRC。使用预配置工具之后,测试工程师接下来就只需要选择测试类型,如接收机灵敏度和信道内灵敏度,或者是特定测试用例的动态范围,然后选择具有特定子载波间隔的FRC、资源块数量、调制编码方案和编码率。

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图2:PathWave 5G NR 信号生成软件的嵌入式用户界面中的5G NR FRC 配置

套路2、注意评估5G NR 波形

复杂的调制信号会产生更高的峰均功率比(PAPR),这可能导致被测器件(如放大器和混频器)的非线性失真更高。测试工程师需要对生成的5GNR信号的功率电平进行统计分析。功率互补累积分布函数(CCDF)曲线能够表征信号峰值超过平均功率电平的概率,并提供峰均功率比(PAPR)等关键信息。CCDF 帮助工程师了解给定信号在元件中产生非线性的概率,以及可能需要应用多少补偿才能避免削弱信号峰值。使用信号发生器仿真数字调制信号时,要保证信号发生器不会使输出信号饱和。

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图3:显示了使用测试模型(TM)1.1 仿真具有100 MHz 带宽的5G NR FR1 下行链路信号波形。

波形的PAPR 高达19.5 dB。如果信号发生器的最大输出功率为+20 dBm。 则您使用信号发生器可以达到的最大幅度设置(平均功率)为+0.5 dBm(20 –19.5 = 0.5)。这可以防止信号发生器的功率放大器饱和。信号发生器需要一个高线性度、失真较小的输出部分,以便生成5G 信号。

套路3、信号源信道响应的校正

增强型移动宽带(eMBB)是为5G 定义的用例之一。它通过结合使用现有技术和新技术来实现预期的极高数据吞吐量,包括更宽的信道带宽、载波聚合、高调制密度和多天线配置。5G NR 在FR2 中的最大信道带宽为400 MHz,最大聚合信道带宽(连续)高达1.2 GHz。通常情况下,随着信道带宽增加,信道平坦度降低。下表列出了新无线标准的最大信道带宽和聚合带宽。

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大多数新型矢量信号发生器都支持内部校准程序(也叫工厂校准),这个程序会在整个射频频率和功率电平范围内收集基带和射频幅度以及相位误差的校正数据。校正数据包括应用于基带波形的校正滤波器参数。校正处理由数字信号处理器(DSP)实时实施。

图4 显示了使用400 MHz 带宽并开启内部信道校正功能后,测量5G NR 信号所得到的结果。幅度的频率响应小于 ±0.1 dB,相位为0.5 度,这表明其性能十分优异。

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图4:400 MHz 带宽下5G NR 信号的频率响应

校准对于保证测量系统产生准确结果至关重要。仪器与被测器件(DUT)之间的路径中存在着电缆、元器件和开关,它们会产生平坦度误差,从而降低测量精度。您必须将测量精度从信号发生器的输出端口(参考面)扩展到被测器件的测试端口,如图5 所示。信号发生器和设备之间的任何网络元件(电缆、连接器或夹具)都会影响信号的保真度。

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图5:信道校正必须考虑到网络元件的影响

是德科技提供了一种测量校正模块向导程序,可以引导您完成对外部网络(包括电缆、连接器以及介于信号发生器与被测器件之间的其他无源元件)的测量和计算校正。一旦表征了所需的拓扑结构,就可以将有效参考面移动到仪表/分析仪的连接点,从而从输出信号中消除外部网络的影响。

套路4、注意检查带外性能

数字调制使用幅度和相移,因此会产生一定的失真,这也称为频谱再生。

图6 显示了数字调制信号的频谱再生(红色)。频谱再生在主信道外扩散。相邻信道功率比(ACPR)测量可以检查这种类型的失真;它测量主信道功率与进入相邻信道的功率之比。在大多数蜂窝一致性测试规范中,ACPR 测量都是一项关键的发射机特征。要执行ACPR 测量,测试工程师需要使用失真极小的信号发生器,以生成符合特定标准的测试波形。

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3GPP 5G NR 标准没有定义用于正交频分复用(OFDM)信号的特殊基带滤波器。在实践中,设计人员通过实施OFDM 窗口化和基带滤波,有效地降低了带内和带外发射。对于功率放大器等5G 射频元件测试,Keysight Signal Studio 软件提供基带窗口化和滤波选项,允许您修改信号的误差矢量幅度(EVM)和ACPR 特征,如下图 所示。

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使用和未使用基带滤波器时的5G NR 信号频谱仿真

信号发生器需要更高的输出功率电平,以补偿毫米波频率下过大的路径损耗。但是,大功率信号可能导致信号失真,降低调制质量(EVM)并产生频谱再生(ACPR)。这就要求您优化信号发生器的输出线性度,最大限度降低高输出电平时的相位噪声,从而为5G NR 测试提供最佳的EVM 和ACPR 性能。

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最大的套路

Keysight M9383B/M9384B VXG 微波信号发生器

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Keysight M9383B/M9384B VXG 微波信号发生器采用紧凑型设计,可在单个仪器中提供1 MHz 至44 GHz 的频率范围、高达2 GHz 的射频调制带宽和双相干信道。VXG 微波信号发生器可满足最苛刻的宽带毫米波应用要求,包括5G 和卫星通信应用。

是德科技与5G 行业的其他领导者密切合作,共同开发VXG 微波信号发生器,助力下一代蜂窝技术发展。我们提供了以下优势:

1、率先在单个测试仪器中配备2 GHz 射频调制带宽的双通道44 GHz 矢量信号发生器,降低 5G NR 测试系统设置的复杂性。

2、凭借更高的输出功率与误差矢量幅度(EVM)和相邻信道功率比(ACPR)性能,减少了OTA 测试系统的路径损耗。

3、通过与PathWave Signal Generation 集成,加速产品开发周期。PathWave Signal Generation 是一个软件套件,可以生成各种演进中的、符合标准的3GPP 5G NR 信号,用于测试基站、移动终端发射机和接收机。另外,它还支持信道编码和多天线配置,包括支持最新的3GPP 15.4.0 版(2018-12),例如下行链路控制资源集(COREST)更新、以及下行链路/上行链路信道更新和配置。

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