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毫米波应用进入深水区,复杂信号测试如何满足?

时间:2022-05-09 16:46:03 作者:邵乐峰 阅读:
是德科技日前推出了M9484C VXG微波矢量信号发生器,其频率高达54GHz,并具有高达5GHz的射频(RF)带宽和出色的频谱纯度。配合V3080A矢量信号发生器频率扩展器使用时,可将频率范围从9KHz-54 GHz扩展到高达110GHz,从而满足日新月异的标准所提出的严苛需求。
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2022年3月,针对疫情视角下展现的业务运营转型和技术趋势,是德科技(Keysight)发布了2022年科技趋势预测,量子计算、弹性供应链、5G/6G、虚拟协作熟练程度的提升等诸多前沿技术位列其中。是德科技大中华区市场总经理郑纪峰日前在接受媒体采访时,也特意选择量子计算和5G作为标志性话题,解读了它们未来将对企业和社会产生何种深远影响。

  • 量子计算风起云涌

2022年将是量子技术爆发的一年。多家公司将发布可在云端运行、具有100个以上量子比特的量子处理器单元(QPU)。这类技术突破将给设备开发人员带来新的挑战,包括如何扩展(更大规模的量子计算机)、如何部署(更多的校准)和如何实现可重复性(设备制造良率)。

与此同时,双量子比特门错误率将持续降低,因此2022 年的系统噪声也将会创出历史新低,有助于提高量子处理器的性能。这些进步为高效可靠地测量较低的比特门错误率和了解QPU串扰带来了新的挑战。

  • 5G将推动多个行业的数字化转型

最新的数据显示,自2019年正式开启5G商用以来,截止到2021年底,中国已累计部署5G基站140万个,占全球5G基站总数的60%。而根据规划,到今年年底,中国5G基站数量将有望突破200万。

届时,5G设备将无处不在,业界的关注重点将会从智能手机等消费类终端转移到具有更低时延和更高可靠性的新型工业物联网设备上。3GPP第16、17版及更高版本的持续演进也将更侧重于减少时延、提高可靠性和定位精度等新功能,从而有助于车载网络、工业网络和工厂自动化等新应用场景的落地。

之后,预计到2028年,第一个商用6G网络将于这一年上线,通过应用、计算和通信为实现物理世界、数字世界与人类世界的融合铺平道路,使用场景将涵盖全息通信、更加复杂和彻底的数字孪生、以及通过机器学习等人工智能改变我们利用数据的方式。

应对复杂信号测试需求而生

创新的应用推动着新的需求,无线通信行业也不例外。例如,蜂窝通信正在从4G升级到5G,实现极高的数据吞吐量、超高可靠性的通信和海量机器类通信;卫星通信提供商正在太空建设网络,期待实现随时随地的高速通信。射频工程师需要找到能够提高系统吞吐量、链路稳健性和数据处理能力的技术。 

鉴于所分配到的频谱十分有限,标准开发组织希望可以启用高频段,从而获得大带宽,另一方面还可以通过高阶调制方案提高频谱效率。此外,他们希望借助空间分集、空间复用和波束赋形等多天线技术获得出色的分集、复用和天线增益性能,从而实现高吞吐量,打造稳健的通信。但这些需求在射频层给新一代无线器件的设计和测试带来了新挑战。

为此,是德科技日前推出了M9484C VXG微波矢量信号发生器,其频率高达54GHz,并具有高达5GHz的射频(RF)带宽和出色的频谱纯度。配合V3080A矢量信号发生器频率扩展器使用时,可将频率范围从9KHz-54 GHz扩展到高达110GHz,从而满足日新月异的标准所提出的严苛需求。

Keysight M9484C VXG微波矢量信号发生器

“可扩展体系结构是M9484C VXG微波矢量信号发生器能够生成要求更苛刻、频率高达110GHz宽带和多通道测试信号的关键。”是德科技大中华区射频微波产品市场经理刘斌表示,在实际应用中,M9484C VXG微波矢量信号发生器提供了包括单通道、双通道以及四通道在内的单设备配置,以及8仪表级联32通道的多设备级联方式,以满足不同用户的测试需求。

是德科技大中华区射频微波产品市场经理 刘斌

除了可轻松应对来自5G FR1/FR2频段的测试需求外,M9484C VXG微波矢量信号发生器强大的实时信号处理和全面的信号产生功能,可支持创建复杂的测试场景并且能够简化接收机测试和性能验证测试的复杂程度。

例如过往要对一个复杂的真实场景进行仿真时,可能要动用几台甚至几十台信号源对信号逐一仿真,但M9484C VXG微波矢量信号发生器的优势在于其每个射频通道可仿真8个虚拟信号,一台仪器可仿真最多32个信号,让复杂的接收机测试场景变得简单明了。同时,配套的PathWave信号生成软件支持MIMO实时衰落,可满足所有3GPP 5G新空口(NR)基站一致性测试的要求,使用者还可通过预先定义的合规性测试设置、自动配置信号分析和图形化用户界面简化测试工作流程。

硬件层面,专有的直接数字合成(DDS)技术DAC、全新DSP ASIC芯片、高性能上变频器、超净信号参考起到了底层支撑作用。比如DDS DAC技术可实现从直流到8.5GHz带宽全频段的连续数模转换,能够准确地表征被测器件(DUT);另一个关键的 DSP ASIC 可提供每秒高达3GSa/s的采样率,能够仿真多达8个基带信号,并将它们实时聚合成一个宽带信号。它提供了灵活、实时的基带信号处理能力,可对每个基带信号进行单独控制、滤波、衰落并实时加入到2.5GHz带宽内的任意位置。 

这两个ASIC的组合使客户能够在一个射频通道内生成8个射频信号,而不会产生互调失真和载波馈通。常规的接收机测试系统通常需要多个信号发生器来仿真有用信号和干扰信号,而新解决方案可简化测试系统,提高信号保真度和性价比。

下图左侧展示了传统矢量信号产生的过程,可以看出,传统信号发生器产生的I/Q信号中,除了自身所需的信号外还引入了相当多的镜像信号和杂波干扰。而在采用右侧的DDS技术之后,消除了由传统模拟I/Q调制器造成的信号损伤,例如增益失衡、时序偏斜、正交偏斜、直流偏置和相位噪声。这种新体系结构可以改善信号的动态范围并提供出色的信号保真度,特别适合用于生成宽带信号。

此外,内置的信号参考源降噪幅度最高可达-185dBc/HZ,在大输出功率下仍可保证优秀的调制质量和失真性能,克服毫米波频率路径损耗过大的问题。

是德科技大中华区无线市场部经理 白瑛

在是德科技大中华区无线市场经理白瑛看来,测试仪表其实需要两个基本功能:第一要听得见、听得懂基站说了什么;第二,要实时调整变化,这就需要模拟真实的物理世界的场景,这对信号发生器意味着需要听得懂,需要实时发射信号、模拟出标准所要求的高铁模型、隧道模型、空间信号模型等等不同类型的模型,这才是一个完整的测试方案。

在实际应用中,以网络通信测试为例,在多制式共存干扰测试时,需要对谐波、杂散、邻道干扰等问题加强监测和评估。而随着频谱碎片化愈发严重,包括UWB、WiFi、蓝牙等信号如果需要同时模拟时,以往只能使用多台信号发生器生成不同信号,有了M9484C VGX微波矢量信号发生器之后,一台仪器有足够的调制带宽,可以单通道生成8个虚拟信号,从而满足多制式信号的生成。

另外一个典型应用则是接收机闭环测试。随着MIMO技术的发展,收发机端口越来越多的同时,发射机仿真还需要实时调制、生成加性高斯白噪声(AWGN)、以及多场景下MIMO信号衰落仿真等能力,这就需要M9484C VXG微波矢量信号发生器的多通道特性来满足。

责编:Lefeng.shao
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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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