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  • 在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    2022-04-29 來源:泰克科技 字號:

    對工程師而言,使用一臺儀器就能跨越多域(時域、頻域及調制域)查看信號,并同時分析多個不同類型的測量,這在復雜的5G系統測試中非常實用,因為在5G系統中數字信號、模擬信號和RF信號彼此交互。

    盡管5G系統開發時已經做了大量的工作,但科學家和工程師仍面臨著許多挑戰,包括:

    ·  eMBB (增強移動寬帶)收發機實現問題,包括高效實現應用的信道編碼(LDPC和Polar碼)、收發機設計的能效、大尺寸FFT的OFDM和DFT擴展OFDM信號強大的同步方法。

    ·  考察V2X和遙控通信系統使用的超可靠URLLC (超可靠低時延通信)傳輸方法,包括高效通信道編碼、可靠的接入無線資源以及收發機設計。

    ·  考慮收發機在毫米波范圍通信中實現的具體問題

    ·  massiveMIMO結構和算法

    ·  mMTC (海量機器型通信,如物聯網)使用的能效傳輸、同步和多種接入方法

    ·  mMTC調制和編碼

    ·  感知無線電在5G中的應用

    關聯模擬信號、數字信號和RF信號的根本原因

    5G系統綜合依賴數字信號、模擬信號和RF信號。今天,RF功放同步、增益和定時特點測試必須與現代控制接口結合在一起,如采用MIPI的RF前端控制接口 (RFFE)。

    能夠跨多個域分析信號對查找干擾、毛刺、雜散信號、跌落及其他錯誤至關重要。

    在本文中,我們將展示寬帶RF放大器典型的5G系統調試和驗證場景。

    測試設置

    為了展示使用多域示波器分析RF放大器性能的優勢,我們使用泰克MSO6B系列示波器作為我們的采集硬件。

    圖1. MSO6B示波器安裝了SignalVu-PC軟件。

    圖2. 測試設備包括示波器、信號發生器、耦合器、電源和DUT。

    我們的被測器件是Mini Circuits的GVA-123+,這是一種小型RF放大器,但它演示了用戶設備和基站應用典型的測量問題。

    我們配置泰克AWG70000B任意波形發生器作為我們的信號源,在3.5 GHz中心頻率生成單個5G NR載波,帶寬為100 MHz。它是一個上行信號,30 kHz副載波間隔(SCS),256-QAM,11.5 dB OFDM PAPR。

    AWG調節為250 mV ~ 500 mV峰峰值信號,約為–11 ~ –17 dBm合成平均功率。

    我們使用耦合器(ZDC-10-0123),在示波器通道1上捕獲輸入信號。吉時利源測量單元(SMU)為被測器件供電。

    我們還在示波器通道6上增加了一只電流探頭,測量放大器吸收的電流。

    在MSO6B示波器上,我們運行SignalVu VSA軟件,裝有5G NR選配插件,我們把它配置成分析示波器通道1捕獲的信號。

    測量實例

    作為實例,我們將看到放大器獲得良好的讀數,在RF輸入上開始觸發。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖3. 在這個測量中,星座圖中顯示的EVM與預期相符。

    然后我們在引入干擾時會突然看到變化,我們捕捉到高失真時點,這是什么引起的呢?

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖4. 在這個測量中,EVM高于預期。

    在上面兩個截屏中可以看到,星座圖中的5G EVM在好和壞之間脈沖波動。我們可以看下功率相對于時間畫面,也可以看到功率有時會跌落。

    因此,我們看到所有RF域指標都顯示出了問題,我們想進一步了解根本原因。

    您懷疑這與電源有關,如果使用的是傳統VSA,您會不知所措,只能不斷地猜測。而MSO6B不同,它可以同時查看模擬信號、數字信號和RF信號,所以我們可以關聯到根本原因。

    如果我們看一下通道6上測量信號的電流探頭和通道5上的RF輸出,我們可以看到電流在周期性下跌。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖5. 在這個采集中,電源傳送48 mA (通道6, 藍色),功放的輸出(通道5, 橙色)是標稱值。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖6. 在這個采集中,電源傳送22 mA (通道6, 藍色),功放的輸出(通道5, 橙色)已經下跌。

    所以我們改變視角,在時域中觸發電流,而不是在頻域中觸發RF脈沖。為此,我們將把觸發源變成通道6上的電流探頭,因為我們知道正確操作發生在47 mA,所以我們把觸發點設置在43 mA,在下降時捕捉信號。我們設置成觸發電流邊沿,而不是脈沖。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖7. 觸發設置成捕獲電流下降,以統一采集低電流情況。

    現在我們把RF下跌原因與示波器關聯起來,在返回SignalVu時,我們現在可以捕捉電流開始下跌的時點。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖8. 在觸發低電流情況時,我們在星座圖中一直看到高EVM。

    這里,我們看到電流與示波器屏幕上的RF性能的跌落完美相關。這足可以確認,我們已經觸發電流下跌,不再會有閃爍的星座圖或EVM畫面,我們可以更好地看到實際問題。您可以看到,我們的EVM一直很差,因為我們已經觸發了故障時點。

    現在我們看一下在電流落在規范內時是否觸發,看一下RF測量會發生什么情況。為此,我們只需把觸發方向變成上升,現在可以捕獲電流落在規范內的時點。在示波器應用中,我們的RF能量如預期那樣恢復,看一下SignalVu VSA應用,捕獲的每個5G信號都滿足規范。只需按幾下按鈕,就可以把觸發設置成捕獲電流提高,在電流恢復正常時一直采集信號。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖9. 觸發電流的上升沿,確定電流恢復正常的測量時點。

    在時域、RF域和數字域中調試5G NR多通道系統

    圖10. 在以正常電流獲得測量時,EVM一直落在規范內。

    在電流不符合規范時,我們的RF輸出和EVM也落在規范外。所以我們把RF性能下跌的原因與電源電流的周期下跌關聯起來了。

    在這個簡單的演示中,我們使用SMU步進的提高和降低電流。作為5G設計人員,大家可能知道電流變化更多的底層原因,比如DPD算法或系數加載錯誤。

    通過基于示波器的解決方案,我們還可以測量和計算精確的放大器功率系數指標,比如功率附加效率(PAE)。

    這個器件沒有數字總線,如果有,我們可以觸發數字總線,把問題與數字總線行為關聯起來。

    泰克解決方案摘要

    同步多通道頻譜分析和時域波形加快了5G調試速度。5G系統綜合依賴數字信號、模擬信號和RF信號。能夠跨多個域分析信號對查找干擾、毛刺、雜散信號、跌落及其他錯誤至關重要。

    在4系、5系和6系MSO示波器中,每個輸入背后都是定制ASIC內部的12位ADC。每個ADC沿著兩條路徑發送高速數字化數據。這種方法可以獨立控制時域和頻域采集,可以同時優化給定信號的波形視圖和頻譜視圖。這種獨特的頻譜視圖功能可以在時域、RF和數字域中實現同步測量,支持最多8條通道。

    MSO6B支持最高10 GHz的頻率范圍,支持最高2 GHz的分析帶寬,能夠直接測量Sub 6 (FR1) 5G信號。您可以在線了解更多信息:

    ·  5G測試

    ·  MSO6B混合信號示波器

    ·  頻譜分析儀軟件

    關于泰克科技

    泰克公司總部位于美國俄勒岡州畢佛頓市,致力提供創新、精確、操作簡便的測試、測量和監測解決方案,解決各種問題,釋放洞察力,推動創新能力。70多年來,泰克一直走在數字時代前沿。歡迎加入我們的創新之旅,敬請登錄:tek.com.cn

    主題閱讀:泰克科技  5G
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