【经验】确保精确测试和分析5G毫米波信号方法

时间： 2021-05-27 来源：Keysight

毫米波(mmWave）技术是将5G与4G长期演进（LTE）区分开来的重要元素。mmWave频率提供了5G网络所需的超宽带宽，连接速度是4G LTE的20倍，吞吐量是4G LTE的10倍。如今，市场上有数十种5G设备支持毫米波技术。全球5G服务提供商正在加快部署mmWave站点的步伐，以扩大覆盖范围。

从设计、制造到部署，mmWave技术给整个设备和网络工作流程带来了许多挑战。在mmWave频率下，路径损耗使射频（RF）功率受到限制且成本很高，而更宽的带宽会引入更多的噪声和频率响应。

路径损耗表示通过空间传播的电磁波的功率损耗。路径损耗随着频率的增加而增加。明显的功率损耗会导致信噪比（SNR）降低。低SNR使信号分析测量（例如误差矢量幅度（EVM），邻道功率（ACP）和杂散辐射）具有挑战性。

频率响应是激励系统输出频谱的量度。频率响应可能出现在不同的频率上，并引入幅度和相位误差，从而降低调制质量。信号分析仪和外部测试夹具中的许多组件都可以产生导致误差的频率响应，并且在高频下会随着宽带信号的增加而增加。

路径损耗和频率响应使得要在毫米波频率下获得准确和可重复的测试结果变得更加困难。测量复杂性和不确定性是芯片和设备制造商，网络设备制造商和运营商的主要挑战，但是您可以使用各种方法来应对这些挑战。

策略1：通过选择正确的信号路径来减少信号路径损耗？

先进的信号分析仪，例如是德科技的N9042B UXA X系列和PXA，可以灵活地为不同的测试场景选择最合适的信号路径。标准路径是带宽低于45MHz的低电平信号的理想选择。微波预选器旁路路径允许进行宽带分析和平坦频谱响应分析。旁路预选器还可以消除预选器的幅度漂移和通带纹波，从而提高幅度精度。低噪声路径可实现高功率级测试。该路径减少了路径损耗并消除了频率响应。借助KEYSIGHT UXA或PXA信号分析仪，您还可以将低噪声路径与微波预选器旁路相结合使用，以实现低路径损耗，高信号保真度和高测量灵敏度。它的损耗比默认路径少10 dB。

策略2：通过优化输入混频器改善信号状况

图1.矢量信号分析仪（VSA块）图

优化数字混频器的输入电平和调整中频（IF）增益可以显著改善信号条件。您可以通过两种方式优化输入混频器的电平。第一种方法包括在第一级混频器环节衰减功率电平，以确保高功率输入信号不会使信号分析器失真。此方法适用于低输入电平等级的测试方案。

或者，您可以在前端添加一个外部低噪声放大器（LNA），如图1所示。此方法更适合于高输入电平的测试方案，这是一种用于测试5G mmWave设备的更稳健的解决方案。是德科技UXA X系列信号分析仪在信号路径中具有一个内部LNA和一个内部前置放大器，无需额外的硬件即可提供LNA的优势。

策略3：校准参考平面

参考平面的位置在测试结果中起着重要作用。如图2所示，需要校准测试接收机路径的幅度和相位，以抵消频率响应的影响。

使用是德科技的N9042B UXA X系列信号分析仪，您可以手动配置复杂的校正，包括幅度和相位校正。是德科技的U9361 RCal 接收器校准器用作接收器系统校准器，可以在所需的校准平面上注入谐波，该校准平面成为新的参考平面。校准器会产生振幅和相位已知的连续谐波。信号分析仪在测试网络的输出端测量每个谐波的幅度和相位，并将它们与已知的幅度和相位进行比较。信号分析仪然后校正差异，存储校正，并根据需要应用它们。

图2.测试网络元素以进行信道校正

提高毫米波测量精度

尽管mmWave技术具有巨大的优势和无限的潜力，但mmWave工作流程中仍然存在许多挑战。信号分析的准确性变得更加关键。选择合适的信号路径可以减少路径损耗，调整输入功率电平可以改善信号质量，移动参考平面可以消除频率响应的误差。这些新策略可以显着提高5G设备测试的毫米波的测量精度。

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