蜂窝通信正在从4G升级到5G,6G的研究也已提上日程;同时,在太空建设网络的卫星通信提供商也在热火朝天地忙碌着,期待实现随时随地的高速通信。业界对于天地一体化的网络愿景日渐成型。不过,这些无处不在的无线通信需求,也给未来的设计和测试带来挑战,进行前瞻的探索和研究就更为关键。


2022年测试测量行业前瞻

 

日前,是德科技大中华区市场总经理郑纪峰分享了他对于前沿技术的一些洞察。


 
是德科技大中华区市场总经理  郑纪峰

 

首先,多台100量子比特计算机已经登陆云端,双量子比特门错误率也将取得突破,2022年将是量子技术爆发的一年。

 

其次,5G将推动多个行业的数字化转型,在垂直行业的大规模部署将继续加快。中国早在2019年就正式开启5G商用,截止到今年5月,已经开通150万个5G基站;今年,按计划将部署60万个基站,5G设备越来越变得无所不在。

 

随着3GPP第16、17版及更高版本的持续演进,5G将更侧重于减少时延、提高可靠性和定位精度,这将有助于车载网络、工业网络和工厂自动化中的新应用场景落地。5G将为下一阶段的普适计算提供支持,采用智能分配的方式更有效地控制和减少浪费来提高每个流程的效率。

 

展望6G,郑纪峰表示,变化将超乎想象。到2030年,我们将身处一个由数据驱动的世界,实现近乎即时和无处不在的连通性。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,进一步推动移动通信更密切地融入日常生活。他强调,是德科技作为领先的测试测量公司,希望不断创新,提供先进的设计和验证解决方案,加速创新,推进产业化进程,创造一个安全互联的世界。


挑战前所未有,如何跟上标准发展?

 

随着世界的联系日趋紧密,无处不在的无线通信需求,也对接收机设计和测试提出了挑战。当无线系统在拥挤的同频段无线环境中运行时,系统之间可能会产生干扰。想要设计出优秀的接收机以打造稳健的链路也困难重重,因为输入信号条件多种多样难以预测,无线器件必须一一加以妥善处理。这使得设计、测试和隔离系统问题的过程变得更加复杂。射频工程师必须模拟复杂的测试场景,才能快速准确地表征接收机的性能。

 

具体挑战主要包括:如何满足标准要求、提供卓越性能?如何在当今竞争激烈的市场中更快将产品推向市场?诸如此类挑战,射频工程师需要一种能够快速轻松地验证被测器件并确保设计符合最新标准和测试要求的测试解决方案。

 

日前,是德科技推出了M9484C VXG微波矢量信号发生器,频率高达54 GHz,并具有 5 GHz 的射频(RF)带宽和良好的频谱纯度,可满足 5G/6G 研究、卫星通信和雷达解决方案的需求。

 

是德科技大中华区射频微波产品市场经理刘斌介绍,Keysight M9484C VXG 微波矢量信号发生器进一步扩展了是德科技 VXG 系列产品,其实时功能可以满足无线行业应用的苛刻要求。M9484C VXG 微波矢量信号发生器配合 V3080A 矢量信号发生器频率扩展器使用时,可将频率范围扩展到高达 110 GHz,从而满足日新月异的标准所提出的严苛需求。

 

M9484C VXG 一台仪器可覆盖宽广的射频带宽

 

刘斌表示,新 5G 移动通信、6G 研究、卫星通信和雷达应用涵盖了很大的频率范围,甚至包括毫米波(mmWave)频谱。为了测试这些应用,信号生成设备需要能够以极高带宽生成毫米波信号。这些新应用还采用了空间分集、空间复用和波束赋形等多天线技术,从而实现高吞吐量和稳健通信所需的分集、复用和天线增益性能。生产或使用用于制造电子设备的射频元器件的公司,对信号保真度有独特的要求,以准确地表征其元器件或子系统。 

 

 
是德科技大中华区射频微波产品市场经理 刘斌

 

正是由于对高数据速率应用的市场需求飞速增长,迫切需要业界提供更大信号带宽的新技术。高频率下的各种频谱分配支持较大的带宽。例如,5G 新空口(NR)指定频率范围 2(FR2)的最大信道带宽为 400 MHz,这个频谱范围还将扩展到高达 71 GHz。国际电信联盟(ITU)将 W 频段的 71-76 GHz / 81-86 GHz 分段分配给了卫星业务。频率扩展在带来更多可用频谱的同时也给设计和测试带来了诸多挑战,例如路径损耗、噪声系数、相位噪声和频率响应等。

 

他强调,新型 Keysight M9484C VXG 微波矢量信号发生器帮助客户简化测试系统设置,让客户只需使用一台仪器即可实现准确、可重复的多信道测量。
 

 

M9484C VXG微波矢量信号发生器主要优势包括:

1、可扩展体系结构支持生成要求苛刻、频率高达 110 GHz 的宽带和多通道测试信号:
可生成射频带宽高达 5 GHz 的测试信号;
覆盖从 9 kHz 到 54 GHz 的频率范围,还可通过 V3080A 矢量信号发生器扩频器进一步扩展到 110 GHz;
具有精确的相位相干和时序同步功能,支持 MIMO 和波束赋形等多天线测试应用。 

 

2、全集成且经过校准和同步的信号生成解决方案,可降低相位噪声和测量不确定度: 
在大输出功率下具有超低的误差矢量幅度(EVM)和失真,克服毫米波频率下路径损耗过大的问题;
通过直接数字合成(DDS)技术提供先进的射频性能,准确地表征被测器件(DUT);
支持精准的多通道/多仪器同步和触发测试应用。

 

3、完善的实时信号处理能力结合功能全面的信号创建工具,可实现复杂的测试场景并且能够降低接收机测试和性能测试的复杂程度:
可结合使用 PathWave 信号生成软件提供 MIMO 实时衰落功能,赋能 3GPP 5G 新空口(NR)规范要求的所有基站一致性测试;
每个射频通道可仿真 8 路虚拟信号,一台仪器可仿真最多 32 路信号,显著简化复杂的接收机测试场景;
通过预先定义的合规性测试设置、自动配置信号分析功能和图形化用户界面,让测试工作流程变得非常简便。


可解决哪些行业问题?

 

M9484C VXG 微波矢量信号发生器可帮助设计人员在多个相干通道中生成高频率、大带宽的信号。这些功能与频谱纯度和实时信号处理能力相结合,能够轻松、迅速地满足 MIMO、波束赋形和阻塞测试的多通道测试要求。这些功能使工程师能够:使用全集成且经过校准和同步的多通道信号生成解决方案来生成信号,从而提高测量完整性并降低测量不确定度;为频率更高、带宽更大的多通道应用打造创新设计,确保它们满足日新月异的标准所提出的测试要求;通过一体化方法简化与多仪器解决方案相关的测量设置和复杂的校准步骤,从而节省时间并减少因为更改设备配置和线缆连接所导致的测量误差;使用全新的 DDS 体系结构,避免由传统模拟 I/Q 调制器造成的信号损伤,为宽带信号生成应用提供优质的信号保真度。

 

是德科技大中华区无线市场经理白瑛表示,对于测试仪表而言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,需要实时接收和发射信号、模拟出标准所要求的高铁模型、隧道模型、空旷空间信号模型等等不同类型的信道模型,这才是一个完整的测试方案。

 

 
是德科技大中华区无线市场部经理 白瑛

 

此外,5G一直强调MIMO,即多天线系统,这就需要单台仪表能够模拟MIMO的复杂类型,从而具有接收反馈信号的能力和实时产生信号的能力,同时具有模拟真实场景的信道仿真能力,可以说,所以所有这些功能集于一体,才是为5G基站的研发测试提供了完美的解决方案。
 

 

软硬协同,缩短开发周期

 

设计无线接收机其实相当有挑战性,因为无线器件需要应对各种各样的输入信号条件。这使得设计、测试和隔离系统问题的过程变得更加复杂。是德科技如何帮助客户缩短开发周期?

 

刘斌介绍,是德科技实验室专注于研发工作,一直致力于基础科技研发,专为测试与测量设备提供性能先进的半导体、ASIC 和 MMIC 技术。M9484C VXG 微波矢量信号发生器中使用的新型 ASIC 为数字上变频提供了强大的数字信号处理能力,并直接从高采样率 14 位数模转换器(DAC)生成高达 8.5 GHz 的中频/射频信号,而不会出现传统矢量信号发生器体系结构中存在的信号损伤。


 
例如,DDS 可消除由传统模拟 I/Q 调制器造成的信号损伤,包括增益失衡、时序偏斜、正交偏斜、直流偏置和相位噪声等。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。VXG 的性能非常优秀,能够准确表征元器件和接收机。

 

另一个关键的 DSP ASIC 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 2.5 GHz 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。

 

他补充,VXG 具有完善的实时信号处理能力,能够为接收机测试和性能测试提供复杂的测试场景。VXG 内置的 DSP ASIC 支持工程师仿真 MIMO 衰落以及加性高斯白噪声(AWGN),用于执行 5G 基站性能一致性测试。

 

此外,良好的软硬协同设计必不可少。Keysight PathWave 信号生成软件是一套灵活的信号生成工具,可缩短工程师在信号仿真上花费的时间。该软件可提供经过是德科技验证和性能优化的参考信号,增强对无线器件的表征和验证能力。该软件还支持众多通用信号或标准专用信号,确保无线设计满足最新的标准和测试要求。