盡管全球才剛剛開(kāi)始布建LTE和LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)，新一代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的研究已如火如荼地展開(kāi)。新一代5G可能由密集且高度整合的小蜂窩（small cells）網(wǎng)絡(luò)組成，并利用數(shù)種不同的空中接口，在微波和毫米波頻段中傳輸，以支持高達(dá)10 Gbps的峰值數(shù)據(jù)速率，和不到1 ms的往返延遲。這個(gè)組合式網(wǎng)絡(luò)也許能支持各類(lèi)的情境，包含簡(jiǎn)單的機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）設(shè)備，或是沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)串流。5G技術(shù)預(yù)計(jì)將帶來(lái)美好的終端使用者體驗(yàn)，但同時(shí)也讓5G系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師面臨許多有趣的挑戰(zhàn)。

產(chǎn)生與分析5G波形的測(cè)試挑戰(zhàn)

從技術(shù)預(yù)測(cè)跳躍到實(shí)際部署，必須從創(chuàng)造、產(chǎn)生、和分析原型信號(hào)開(kāi)始。目前業(yè)界還沒(méi)有發(fā)布5G標(biāo)準(zhǔn)，因此也尚未定義物理層波形。雖然業(yè)界對(duì)于5G波形仍無(wú)共識(shí)，但是多載波濾波（FBMC）、通用濾波多載波（UFMC）以及正交分頻多任務(wù)（OFDM）波形都在候選名單中。其他可能的選項(xiàng)還包括sub-6 GHz頻率的波形，以及在微波和毫米波（mmWave）頻段的波形，其帶寬可能高達(dá)2 GHz。目前仍在研究中的各種波形、頻率及帶寬，為5G信號(hào)的產(chǎn)生與分析，帶來(lái)各式各樣新的測(cè)試挑戰(zhàn)。

克服這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵在于，進(jìn)行5G研究及先期測(cè)試時(shí)的靈活性。在評(píng)估初期概念和新的候選5G波形時(shí)，工程師必須具備執(zhí)行假設(shè)（What-If）分析的能力。少了這項(xiàng)能力，將導(dǎo)致選擇錯(cuò)誤路徑、或是直到開(kāi)發(fā)后期才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)升高，而開(kāi)發(fā)后期的任何變更，都將耗費(fèi)更多的代價(jià)與時(shí)間。因此信號(hào)發(fā)生與分析工具的靈活性顯得特別重要，因?yàn)樗鼈冏尮こ處熌茉诔霈F(xiàn)更強(qiáng)大的5G候選波形時(shí)，迅速改變研發(fā)方向。工程師也需要能夠靈活地使用大范圍的調(diào)制帶寬（從幾MHz到數(shù)個(gè)GHz），以及從RF到微波、甚至是毫米波的頻段。

Keysight  5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)參考解決方案，是克服這些挑戰(zhàn)的理想工具。它結(jié)合了市售的現(xiàn)成軟硬件，來(lái)打造一個(gè)靈活無(wú)比的5G波形產(chǎn)生和分析測(cè)試平臺(tái)。

5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)參考解決方案

這個(gè)測(cè)試平臺(tái)參考解決方案的多元軟件和硬件組件，提供了更高的靈活性。在軟件部分，這種靈活性確保工程師可產(chǎn)生并分析各種不同形態(tài)的5G候選波形及客制波形。而在硬件部分，靈活性和擴(kuò)充性則使得工程師能夠產(chǎn)生并分析從RF到毫米波頻段的信號(hào)，帶寬可高達(dá)2 GHz。

圖1顯示的軟硬件組合，可用來(lái)建構(gòu)一個(gè)靈活的5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)參考解決方案。為了產(chǎn)生調(diào)制帶寬高達(dá)2 GHz、頻率高達(dá)44 GHz的寬帶測(cè)試信號(hào)，這個(gè)解決方案使用了精密型任意波形發(fā)生器（ARB），以及具有寬帶I/Q輸入的矢量信號(hào)發(fā)生器，再搭配信號(hào)發(fā)生軟件。此外，它可通過(guò)升頻器來(lái)產(chǎn)生更高頻的信號(hào)。

這種軟硬件的組合，使得工程師能夠輕易產(chǎn)生各種5G候選波形，如客制的FBMC、OFDM，以及單載波波形。此外，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)軟件與硬件的整合，方便工程師進(jìn)一步評(píng)估客制或是專(zhuān)屬的算法以及假設(shè)情境。舉例來(lái)說(shuō)，工程師可評(píng)估LTE信號(hào)是否可與FBMC信號(hào)并存。

測(cè)試平臺(tái)參考解決方案也能用來(lái)解調(diào)制并分析測(cè)試信號(hào)。在這個(gè)案例中，Keysight 89600 VSA軟件通常與仿真軟件搭配使用，或是在多個(gè)不同的硬件選項(xiàng)上執(zhí)行。這些硬件選項(xiàng)包含了信號(hào)分析儀、示波器、或是控制各類(lèi)儀器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器的個(gè)人計(jì)算機(jī)。

圖1、靈活的5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)參考解決方案

我們將舉兩種不同的測(cè)試案例，來(lái)展示這個(gè)測(cè)試平臺(tái)參考解決方案的功能。第一個(gè)測(cè)試信號(hào)是一個(gè)頻率為28 GHz、帶寬接近1 GHz的客制OFDM信號(hào)；第二個(gè)測(cè)試信號(hào)則是頻率為73 GHz、帶寬為2 GHz的單載波信號(hào)。

微波案例：客制28 GHz寬帶OFDM信號(hào)發(fā)生與分析

在此案例中，測(cè)試平臺(tái)參考解決方案基本配置結(jié)合了精密型AWG，以及具有寬帶I/Q輸入的矢量信號(hào)發(fā)生器，以便產(chǎn)生高達(dá)44 GHz的寬帶微波測(cè)試信號(hào)。

如圖2所示，信號(hào)發(fā)生軟件產(chǎn)生了一個(gè)客制的OFDM波形，這個(gè)波形在28 GHz頻率上具有近乎1 GHz的調(diào)制帶寬。我們?cè)O(shè)定了前置碼（preamble）、前導(dǎo)（pilot）和數(shù)據(jù)副載波的資源映像參數(shù)，包括其位置和每個(gè)資源區(qū)塊的放大，并且設(shè)定前置碼、調(diào)制，以及前導(dǎo)與數(shù)據(jù)載荷的I/Q值。

圖2、使用信號(hào)發(fā)生軟件產(chǎn)生寬帶客制OFDM信號(hào)

所產(chǎn)生的波形會(huì)被讀進(jìn)AWG中，接著我們可以使用AWG的前端面板軟件來(lái)播放此波形。AWG的IQ輸出被饋送入矢量PSG的寬帶IQ輸入中，接著PSG將IQ波形調(diào)制至一個(gè)28 GHz的載波頻率上。PSG RF輸出測(cè)試信號(hào)后，您可使用63 GHz高效能示波器和89600 VSA軟件進(jìn)行分析。

圖3以6組軌跡圖來(lái)顯示使用Keysight 89600 VSA軟件測(cè)量測(cè)試信號(hào)后的結(jié)果：

1、左上：星座圖
2、中上：EVM和副載波
3、右上：搜尋時(shí)間
4、左下：中央頻率為28GHz的近1 GHz寬帶譜
5、中下：誤差總表
6、右下：OFDM均衡器信道頻率響應(yīng)

圖3、28 GHz的寬帶（近1 GHz）客制OFDM信號(hào)解調(diào)制

毫米波案例：73 GHz的寬帶單載波信號(hào)發(fā)生與分析

在此例中，測(cè)試平臺(tái)參考解決方案基本配置使用毫米波升頻器，讓信號(hào)發(fā)生頻率擴(kuò)展到73 GHz，接著再使用毫米波降頻器或是智能型波導(dǎo)混頻器來(lái)進(jìn)行信號(hào)分析。圖4的簡(jiǎn)易方塊圖展示了用來(lái)產(chǎn)生與分析此毫米波信號(hào)的73 GHz硬件配置模板。我們使用微波信號(hào)發(fā)生器來(lái)為毫米波升頻器提供LO，而毫米波放大器/濾波器則被用于升頻器的輸出端（未顯示于圖4中）。

圖4、73 GHz毫米波波形產(chǎn)生與分析的硬件配置范例

如結(jié)合使用波導(dǎo)智能型混頻器與信號(hào)分析儀及示波器，您可分析從60至90 GHz的信號(hào)。波導(dǎo)智能型混頻器可連接至毫米波升頻器的輸出端，而IF的輸出會(huì)被接入信號(hào)分析儀，以進(jìn)行頻譜分析。輔助IF輸出端則被饋送入示波器，以便使用VSA軟件進(jìn)行寬帶信號(hào)之解調(diào)制分析。

在這些頻率和帶寬中，在由AWG、矢量信號(hào)發(fā)生器、升頻器、波導(dǎo)智能型混頻器、電纜／接駁線(xiàn)，以及信號(hào)分析儀所組成的信號(hào)鏈中，可能會(huì)出現(xiàn)線(xiàn)性振幅和相位誤差。我們可利用VSA軟件的可調(diào)式均衡器，導(dǎo)入必要的矢量校正，以減少線(xiàn)性振幅和相位誤差。該均衡器會(huì)產(chǎn)生復(fù)數(shù)值（complex-valued）頻率響應(yīng)，可用來(lái)將振幅和相位誤差極小化。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)軟件可讀取此頻率響應(yīng)，以便產(chǎn)生寬帶波形，接著使用它來(lái)預(yù)先修正（pre-correct）波形響應(yīng)，如圖5所示。

圖5、設(shè)計(jì)軟件和測(cè)試設(shè)備的整合，用以修正測(cè)試信號(hào)的線(xiàn)性振幅和相位誤差

圖6顯示一個(gè)頻率為73 GHz、調(diào)制帶寬為2 GHz的矢量校正波形的解調(diào)制分析。在大帶寬下，如果因?yàn)橛布睋p而沒(méi)有可調(diào)式均衡器可使用，要對(duì)2 GHz寬帶信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制是非常困難的任務(wù)。然而，在此例中，您可在仿真時(shí)修正線(xiàn)性振幅和相位誤差，無(wú)需可調(diào)式均衡器就可以產(chǎn)生低EVM的校正后波形。

圖6、用2 GHz調(diào)制帶寬來(lái)解調(diào)制73 GHz的波形

開(kāi)發(fā)5G的道路上布滿(mǎn)荊棘，充滿(mǎn)了各種難以克服的挑戰(zhàn)。研究人員和工程師們需要高度的靈活性，來(lái)全面因應(yīng)這些挑戰(zhàn)，并且隨著5G的演進(jìn)，快速改變研發(fā)方向。

本文討論的5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)參考解決方案，結(jié)合使用軟硬件，來(lái)建構(gòu)靈活的5G波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)。工程師和研究人員可利用這套解決方案來(lái)產(chǎn)生并分析各種新興的5G候選波形。該測(cè)試平臺(tái)的軟件組件可靈活無(wú)比地產(chǎn)生并分析各種5G候選波形；而硬件部分則提供從RF到微波及毫米波頻率的靈活性和可擴(kuò)充性，并且具有高達(dá)2 GHz的調(diào)制帶寬。

作者：Greg Jue/Keysight Technologies

Greg Jue為是德科技5G應(yīng)用產(chǎn)品的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程師暨科學(xué)家。Greg曾服務(wù)于是德科技航天與國(guó)防應(yīng)用、高效能示波器以及EEsof等不同部門(mén)，專(zhuān)攻WLAN 802.11ac、LTE、WiMAX、航天與國(guó)防，以及SDR應(yīng)用。Greg撰寫(xiě)過(guò)是德科技LTE book的設(shè)計(jì)模擬章節(jié)，同時(shí)也是許多文章、演講、應(yīng)用文件和白皮書(shū)的撰稿者，作品包括《部署靈活的5G 波形產(chǎn)生與分析測(cè)試平臺(tái)》白皮書(shū)。在安捷倫時(shí)期，Greg是最早推出結(jié)合了設(shè)計(jì)模擬與測(cè)試之整合式解決方案的先鋒，并曾撰寫(xiě)許多關(guān)于結(jié)合新興科技模擬和測(cè)試的應(yīng)用說(shuō)明。在1995年加入HP/安捷倫之前，他曾在加州理工學(xué)院噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的深空網(wǎng)絡(luò)（Deep Space Network）計(jì)劃中從事系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

本文刊登于微波射頻網(wǎng)旗下《微波射頻技術(shù)》雜志 2016無(wú)線(xiàn)射頻專(zhuān)刊，未經(jīng)允許謝絕轉(zhuǎn)載。