在時域、RF域和數(shù)字域中調(diào)試5G NR多通道系統(tǒng)

_____

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

盡管5G系統(tǒng)開發(fā)時已經(jīng)做了大量的工作，但科學(xué)家和工程師仍面臨著許多挑戰(zhàn)，包括：

●   eMBB (增強移動寬帶)收發(fā)機實現(xiàn)問題，包括高效實現(xiàn)應(yīng)用的信道編碼(LDPC和Polar碼)、收發(fā)機設(shè)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(tǒng)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(fā)機設(shè)計。

●  考慮收發(fā)機在毫米波范圍通信中實現(xiàn)的具體問題

●  massiveMIMO結(jié)構(gòu)和算法

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

●   mMTC調(diào)制和編碼

●   感知無線電在5G中的應(yīng)用

關(guān)聯(lián)模擬信號、數(shù)字信號和RF信號的根本原因

5G系統(tǒng)綜合依賴數(shù)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(xiàn)代控制接口結(jié)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(guān)重要。

在本文中，我們將展示寬帶RF放大器典型的5G系統(tǒng)調(diào)試和驗證場景。

測試設(shè)置

為了展示使用多域示波器分析RF放大器性能的優(yōu)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(shè)備包括示波器、信號發(fā)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(shè)備和基站應(yīng)用典型的測量問題。

我們配置泰克AWG70000B任意波形發(fā)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(diào)節(jié)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(shù)，在RF輸入上開始觸發(fā)。

圖3 在這個測量中，星座圖中顯示的EVM與預(yù)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？

圖4 在這個測量中，EVM高于預(yù)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(biāo)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(guān)，如果使用的是傳統(tǒng)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(shù)字信號和RF信號，所以我們可以關(guān)聯(lián)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。

圖5 在這個采集中，電源傳送48 mA (通道6, 藍(lán)色)，功放的輸出(通道5, 橙色)是標(biāo)稱值

圖6 在這個采集中，電源傳送22 mA (通道6, 藍(lán)色)，功放的輸出(通道5, 橙色)已經(jīng)下跌

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

圖7 觸發(fā)設(shè)置成捕獲電流下降，以統(tǒng)一采集低電流情況

現(xiàn)在我們把RF下跌原因與示波器關(guān)聯(lián)起來，在返回SignalVu時，我們現(xiàn)在可以捕捉電流開始下跌的時點。

圖8 在觸發(fā)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(guān)。這足可以確認(rèn)，我們已經(jīng)觸發(fā)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(jīng)觸發(fā)了故障時點。

現(xiàn)在我們看一下在電流落在規(guī)范內(nèi)時是否觸發(fā)，看一下RF測量會發(fā)生什么情況。為此，我們只需把觸發(fā)方向變成上升，現(xiàn)在可以捕獲電流落在規(guī)范內(nèi)的時點。在示波器應(yīng)用中，我們的RF能量如預(yù)期那樣恢復(fù)，看一下SignalVu VSA應(yīng)用，捕獲的每個5G信號都滿足規(guī)范。只需按幾下按鈕，就可以把觸發(fā)設(shè)置成捕獲電流提高，在電流恢復(fù)正常時一直采集信號。

圖9 觸發(fā)電流的上升沿，確定電流恢復(fù)正常的測量時點

圖10 在以正常電流獲得測量時，EVM一直落在規(guī)范內(nèi)

在電流不符合規(guī)范時，我們的RF輸出和EVM也落在規(guī)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(guān)聯(lián)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(shè)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(shù)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(shù)指標(biāo)，比如功率附加效率(PAE)。

這個器件沒有數(shù)字總線，如果有，我們可以觸發(fā)數(shù)字總線，把問題與數(shù)字總線行為關(guān)聯(lián)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(diào)試速度。5G系統(tǒng)綜合依賴數(shù)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(guān)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(nèi)部的12位ADC。每個ADC沿著兩條路徑發(fā)送高速數(shù)字化數(shù)據(jù)。這種方法可以獨立控制時域和頻域采集，可以同時優(yōu)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(shù)字域中實現(xiàn)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