【应用】Keysight 110 GHz示波器UXR助力验证5G mmWave MIMO系统性能
5G NR标准通过使用高阶调制，更高毫米波（mmWave）频率下的更宽调制带宽以及多输入/多输出（MIMO）技术，提供了提高数据传输速度的可能。
虽然MIMO对于4G和无线局域网（WLAN）很复杂，但由于在毫米波频率上的调制带宽较宽，对于2G（FR2）频段中的5G NR可能要复杂得多。从单天线单输入/单输出（SISO）实施迁移到两通道MIMO时，出现了许多设计和测试的挑战，这些挑战会影响峰值数据速率，并难以对硬件性能问题进行故障排除和调试。
确保多通道MIMO实施中的最佳性能需要全面的多通道MIMO测量，例如误差矢量幅度（EVM），这是发射机性能的关键指标。射频（RF）和基带缺陷，例如定时误差，本地振荡器（LO）相位噪声，功率放大器增益/相位失真以及中频（IF）/ RF滤波器组延迟，可能会使发射器EVM降级。
此外，在毫米波频率下的传播损耗必须使用相控阵技术和波束控制，以实现足够的信噪比（SNR）和链路质量，从而满足5G NR和其他新兴应用（如802.11ay）的要求。这在现实情况下验证mmWave MIMO系统性能时增加了一层复杂性。
您的测试平台应考虑以下三个因素来应对这些挑战：
极限带宽
相位噪声
速度
1.极限带宽
新兴的高带宽mmWave应用需要极高的带宽。例如，802.11ay为2 * 2.16 GHz或4.32 GHz的信道带宽指定了两信道绑定配置。该标准还规定了用于6.48 GHz和8.64 GHz信道带宽的其他可选信道绑定配置，以及某些信道聚合配置。另外，标准机构正在考虑802.11ay的可选MIMO功能。
您的MIMO测量测试平台必须具有足够的灵活性和可扩展性，以应对众多频带，极限频率带宽和多个通道，以应对日益严峻的mmWave测试挑战。KEYSIGHT的研发mmWave测试平台使用新型超高性能实时110 GHz示波器（UXR）直接实现数字化和分析宽带，高频mmWave信号。
图1. 5G NR 28 GHz MIMO测试设置
2.相位噪声
低相位噪声对于进行精确的毫米波测量至关重要。MIMO测量需要将低相位噪声时钟分配到多个通道同时不会降低性能。5G NR mmWave信号的长度（10 mS）和宽带宽（800 MHz）要求测量时具有出色的近相位噪声和高偏移相位噪声。宽带噪声随带宽增加10 * log（带宽增加）。相位噪声随中心频率（CF）增加20 * log（CF增加）。因此，如果频率参考没有改善，则将5G载波从3 GHz移至39 GHz会使相位噪声增加22 dB以上。
仔细考虑MIMO测试设置中的仪器，以应对这一挑战。是德科技的测试设置使用新的UXR示波器，该示波器具有低噪声，宽带宽，多通道和平坦的频率响应，可测量5G NR MIMO mmWave信号。它还具有稳定的8 GHz时钟（–100 dB偏移时为–130 dBc / Hz），并将其分配给所有四个通道。然后将时钟倍频至128 GHz，以使采样器以256 GSa / s的速度收集数据。该固定的乘法链允许使用专有的Keysight放大器和滤波器来几乎消除超过20 * log（CF增加）的相位噪声。
固定乘法可保持通道之间的紧密一致性。通过在单通道测量上进行多通道测量而增加的抖动被指定为<10 fs rms。一个39 GHz载波进入UXR的两个通道，以1 GHz瞬时带宽进行测量，这两个载波之间的抖动小于<1/2deg rms。
该性能使UXR成为mmWave EVM测量的理想选择，并实现了出色的相位噪声测量。多个通道和互相关消除了通道的噪声影响，从而产生了非常低噪声，非常宽（可达千兆赫）的偏移相位噪声测量结果。
图2. UXR相位噪声测量
3.速度
高信号保真度和低噪声测量要求高采样率来进行信号采集。高采样率的缓慢处理速度使得具有标准硬件的示波器不足以进行5G NR EVM测量。过采样会导致更准确和更低的EVM结果，但会增加EVM解调处理时间。
再一次，请仔细考虑MIMO测试设置中的仪器。Keysight的UXR示波器硬件支持DDC技术，该技术可以在将RF信号的高频内容存储到示波器存储器之前对其进行适当的下采样。
示波器硬件首先将带通滤波器应用于用户指定的频率范围，以防止在下采样过程中带外噪声混叠到通带区域。半带抽取器执行数据的频移和抽取。
与捕获完整的采样率数据记录所需的频率跨度相比，较小的频率跨度可进行更多的抽取，从而导致较低的输出采样率和较少的数据存储到内存中。这种规模较小的数据也需要较少的数据传输和后处理时间。
UXR示波器硬件支持一系列离散频率范围，范围从40 MHz到2.16 GHz。与完整的采样率数据记录相比，VSA软件可以更快地计算出诸如EVM之类的测量值。
图3. UXR示波器上的DDC功能将信号捕获并抽取到存储器中，以便进行VSA处理。
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