适用于5G时代的波形测试分析系统是怎样的

现如今，5G技术作为新一代通信技术热点，面临众多的研究难题，其中之一就是需要对数量众多的波形、频率和带宽加以分析，除了传统的6GHz以下频率的波形以外，还包括了微波、毫米波等波形，有些波形甚至还涉及到大带宽。所有这些因素对 5G 信号的生成和分析提出了新的测试挑战，因此灵活性是当今 5G 研究的关键要求。这里小编将结合是德科技（Keysight）基于5G波形信号生成及分析系统软件，以射频、毫米波两个单独案例作为例子，为大家具体讲解5G 波形应用场景中如何进行软硬件结合，并对不同波形进行测试分析的。

实施 5G 测试对网络软硬件、技术要求如何？

早期的5G研究及测试对于灵活性提出了三点要求：①能够生成与分析新的波形；②支持从几 MHz 到几 GHz 的广泛调制带宽；③支持从射频到微波再到毫米波的广泛的频率范围。是德科技推荐测试台通过软硬件实现对5G 测试的灵活性要求。

目前，国家对5G 研究呈现出 6 大技术特征：

-每个地区的移动数据流量增加 1000 倍

–连接的设备数量增加 10 到 100倍

–典型的用户数据速率提高 10 到 100 倍

–能耗降低 10 倍

–端到端时延 < 1ms

–5G 接入无所不在，覆盖低密度区域

5G 对测试系统提出多种波形、支持新技术、设备及实现方法提出更高的要求。

5G 新波形要求设备能够支持更高密度的用户群、更高的数据吞吐量以及对所分配频谱更高效的利用。需要应用 MIMO 等多天线技术以支持高数据吞吐量，还要研究大规模 MIMO 和自适应波束赋形等先进技术。

另外，5G 测试平台必须支持传统和全新无线接入技术（RAT）的多个频段，包括用于高数据吞吐量应用的 5G 毫米波频段扩展。需要支持多种接入模式，包括非正交多址接入（NOMA）模式，以及随机、定期和混合模式。

最后，新的波形、多频段、宽带宽和更高阶调制可能对功率放大器（PA）设计提出全新挑战，并可能需要应用新的 PA 数字预失真（DPD）技术。

是德科技（Keysight）创新灵活 5G 波形测试平台

是德科技（Keysight）提供一套创新、灵活的5G测试系统。该测试系统由经过验证的现成的软件和硬件组成。在信号开发阶段有两个关键的软件：一个是 SystemVue 软件，用于实施仿真、假设分析和算法开发；另一个是 Signal Studio 软件，用于在研发测试初期生成测试信号。生成测试信号的硬件使用 M8190A 任意波形发生器（AWG），它可以生成信号来驱动 E8267D PSG 矢量信号发生器的宽带 I/Q 调制输入。使用 89600 VSA 软件、X 系列信号分析仪和宽带 Infiniium 示波器执行信号解调和分析任务。

Keysight 5G波形测试台，通过软件创建和分析 5G 波形及定制波形，与两个硬件——精密型 AWG 和具有宽带 I/Q 输入的矢量信号发生器相结合，能够生成调制带宽高达 2 GHz、频率高达 44GHz（使用上变频器可以达到更高）的宽带测试信号。另外，VSA 软件也能够驻留在仿真软件中使用，或在信号分析仪、示波器以及负责控制各种仪器或数字转换器的 PC 上运行，以实施信号解调和分析。

软件

在测试台硬件中，M8190A AWG 任意波性发生器与嵌入式控制器一起安装在 AXIe 机箱中。有两个软件在该控制器上运行： SystemVue（配有W1906 5G基带探测程序库）和用于定制调制的 N7608B Signal Studio 软件。

SystemVue 支持仿真候选的 5G 波形以及定制的 OFDM 和 I/Q 波形，这些定制波形可以用于测试定制算法或专有算法。虽然 SystemVue 主要用于系统设计和算法开发，但它也能下载波形至 M8190A AWG。

Signal Studio 定制调制软件具有参数化的图形用户界面（GUI），使用户可以非常轻松地创建定制的 FBMC、I/Q 和 OFDM 波形。定制 OFDM 和定制 I/Q VSA 设置文件可以保存到存储设备中，以便在使用各种是德科技信号分析仪和示波器执行 EVM 测试时调用。Signal Studio 还可用于为 M8190A AWG 生成波形，并下载波形至三个矢量信号发生器中： E8267D 微波 PSG、N5182B 射频 MXG 和 N5172B 射频 EXG。

89600 VSA 软件提供定制 I/Q （选件 BHK）和定制 OFDM （选件 BHF）解调分析。前面提到过，它可以在 SystemVue 中使用，或在各种是德科技信号分析仪和示波器中运行，或在连接各种是德科技仪器的独立 PC 上运行。Signal Studio 定制调制软件可以作为信号生成和分析工具的伴侣，与 89600/BHK 配合执行定制 I/Q 调制分析，或与 89600/BHF 配合执行定制 OFDM 分析。

硬件

M8190A 是一款双通道精密任意波性发生器，它拥有 14 位分辨率和 8 GSa/s 采样率或 12 位分辨率和 12 GSa/s 采样率两种工作模式，以及 5 GHz 模拟带宽和每通道 2 GSa 存储器。

该 AWG 用于驱动配有宽带差分外部 I/Q 输入（选件016）的 E8267D PSG 矢量信号发生器。宽带输入能够在高达 44 GHz 的载波信号上产生高达 2 GHz 的调制带宽。对于毫米波频率的信号生成，可以使用是德科技（58-64 GHz N5152A）和 Virginia Diodes Inc.（60 GHz 至 90 GHz）的上变频器。使用 MXG 微波模拟信号发生器（N5183B）为毫米波上变频器提供本振。

使用 Keysight N9040B UXA 或 N9030A PXA 信号分析仪执行频谱分析和解调分析。使用配有 89600 VSA 软件的 Keysight Infiniium 高性能示波器执行高达几个 GHz 到几十个 GHz 解调分析。

这个实例配置可以用于射频、微波和毫米波信号生成与分析。适用于特定应用的最佳硬件配置取决于您所关注的实际频率、带宽和波形。有时，推荐的解决方案可能还包括经简化的仪器配置和较少的仪器。

是德科技（Keysight）LTE 和 FBMC 射频信号生成及测试平台

LTE 和 FBMC 信号的生成可以通过下图所示的SystemVue 原理图实现。这两个信号经过重采样后结合到一个复合波形中，该复合波形而后下载到 M8190A AWG 中。使用 PXA信号分析仪和 89600 VSA 软件分析 AWG 的输出。

如下图显示PXA 测得的测试信号结果。通过对比得知，FBMC 频谱与 LTE 频谱相比带外频谱的急剧降，是源于施加到 FBMC 信号的每子载波滤波所导致的。

与LTE相比，FBMC具有很明显的带外优势

为了评测 LTE 与 FBMC 的共存，我们在 SystemVue 中修改了测试场景，使 FBMC 信号中存在部分有效子载波陷波。而后设置 LTE 中心频率以匹配陷波的中心频率（如下所示）。注释：使用 M8190A 的单一输出通道生成复合的 LTE/FBMC波形；它不需要两个独立的信号发生器。LTE 信号位于凹陷的 FBMC 频谱的中心

右上方轨迹使用 89600 VSA 软件生成。它解调 LTE 信号并计算出 EVM 为 0.6%，这表明 FBMC 带外特性对包含此陷波的 LTE 信号影响极小。

陷波宽度很容易修改，LTE EVM 可以通过宽度（由子载波数量决定，宽度单位为 MHz）得出。图14 显示了一组与 FBMC 陷波宽度有关的 LTE EVM 结果。这个假设分析场景实例可以用测试台轻松测试。

是德科技（Keysight）毫米波（宽带单载波调制 60GHz）测试与分析平台

是德科技毫米波测试台（宽带单载波调制），硬件配置如下所示。用SystemVue 以 2 GHz 符号率、4 倍过采样和 8 GSa/s 采样率生成宽带波形。波形随后下载至 M8190A AWG，M8190A 的输出连接至 PSG 矢量信号发生器的宽带I/Q输入端。PSG 产生一个5 GHz信号，再通过 Keysight N5152A 60 GHz 上变频器转换为 60 GHz。MXG 模拟信号发生器（右下）为上变频器提供本振信号。

图示推荐配置测试台能够生成毫米波信号

对于带宽高达 2 GHz的 5G 应用，最重要的是应考虑到幅度和相位可能发生的变化，这些变化对信号质量有不利影响。在这种情况下，使用 Infiniium 示波器来直接测量 60GHz 测试信号，并使用已安装的 89600 VSA 软件解调和分析该信号。能够不依赖外部下变频器完成这些操作的优势，可以对减少因系统未正确校准而产生的幅度和相位误差提供很大帮助。

信号链内部（M8190A、PSG、电缆、上变频器、电缆和互连）有可能在这些频率上产生幅度和相位线性误差。使用 89600 VSA 软件中的自适应均衡器加以必要的矢量校正，可以减少这些误差。均衡器会产生复数值的频率响应，用它们可以最大限度地减少幅度和相位误差。具体做法是，将频率响应读数输入 SystemVue软件，使用它校正波形响应。

自适应均衡器产生的频率响应可以补偿测试信号中的线性幅度和相位误差

下图显示了经矢量校正的 60.48GHz 信号的解调分析结果。注意，不使用自适应均衡，通常很难解调 2 GHz 宽带信号，因为硬件在宽带宽上会导致信号减损。不过在本例中没有使用自适应均衡，幅度和相位线性误差在仿真过程中得到校正，从而生成经校正而具有低 EVM 的波形。

解调结果显示了误差补偿所带来的改善

通过用 60-90 GHz VDI 上变频器代替 N5152A 60 GHz 上变频器，并添加滤波器和隔离器，相同的测试台配置可以在 72 GHz 频率上使用。对于信号分析，使用 60-90 GHz VDI 下变频器将信号降频到4 GHz IF。在此情况下，使用 MXG 模拟信号发生器（右下）为上变频器和下变频器提供本振信号。