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  • 因此對前端模塊(PA和LNA)、雙工器、混頻器和濾波器等RF通信組件進行特性分析將面臨著一系列新的測量挑戰。為在較大帶寬下實現更高的能效和線性度,5G PA引入了數字預失真(DPD) 等線性化技術。由于電路模型難以預測記憶效應,因此降低記憶效應唯一有效方法是測試PA并在時域信號通過DUT后采集該信號,并應用DPD技術。現有的DPD技術要求測試設備生成并測量3到5倍帶寬的信號。這對于需要對帶寬為100、200和400 MHz的5G信號進 行預失真的測試設備來說是一個很大的挑戰。

    測試多頻段設備

    5G NR大致可分為兩種非常不同的頻率范圍。其中FR1的頻段低于6GHz,與目前我們使用的4G LTE網絡使用的2至3GHz頻段相差的距離并不遠。然后FR2,它使用的是24GHz范圍以上的頻段,基本上可以說進入到了非常高的范圍,而這種頻段通常被稱為毫米波(mmWave)。簡單的說,FR1的傳輸距離更遠,有助于幫助5G網絡覆蓋更廣泛的范圍。而另一方面FR2則更具有挑戰性:它能提供巨大的帶寬,但傳輸距離很近,并且也很難通過像墻壁這樣的障礙物。

    以下是目前主流運營商采用FR1和FR2頻段的匯總:

    隨著市場需求的變化和行業的發展,對多頻段前端模塊(front-end module,FEM)和PAMiD(power amplifier modules with integrated duplexer,帶集成雙工器的功率放大器模塊)進行特性分析和測試也日益困難。這些器件需要能夠快速切換的多信道測試臺,以測試不同路徑和頻段組合的性能,有時可能需要并行測量不同的組合。此外,典型的測試還需要在不同的電壓電平;不同的載荷條件;有或無DPD情況下的輸出功率電平、線性度和調制精度;不同的頻段組合以及不同的溫度下進行全面測試。

    許多多頻段設備必須支持E-UTRAN New Radio Dual Connectivity(EN-DC)技術,即4G和5G標準雙連接技術。因此,需要覆蓋的測試用例也不斷增加,包括單載波和載波聚合信號的多種組合。此外,這些用例不僅需要在低于6GHz的頻段下進行測試,現在也需要在7GHz左右的頻段下進行測試,以考慮工作于非授權頻譜的5G NR(NR-U)。由于這些設備具有更高的集成度和組件密度, 因此分析LTE和NR信號傳輸時的熱管理和散熱就變得非常重要。

    包絡跟蹤

    隨著蜂窩技術發展,調制的復雜度提高,對 RF 組件的要求也變得越來越嚴格。在 RF 功率和線性度需求持續上升的同時,人們強烈要求降低電流消耗,這對電池壽命和熱性能產生了直接影響。5G 也不例外,5G規范讓困難度成倍增加。現在包絡跟蹤技術被越來越廣泛地運用于優化射頻功率放大器(PA)的功率附加效率(PAE),而射頻功率放大器射頻PA正是電池電量最主要的消耗源之一。

    包絡跟蹤技術的原理在于使放大器盡可能地在壓縮區運行。該項技術基于這一事實:功率放大器的效率峰值點和輸出功率峰值點都會隨著供電電壓(Vcc)的變化而變化. 如下圖顯示了不同供電電壓值下,功率附加效率與輸出功率的函數關系。我們可以看出峰值效率的輸出功率隨著供電電壓的增大而增大。

    包絡跟蹤測試使得原本就復雜的系統變得愈加復雜。為了讓功率放大器成功地執行一項包絡跟蹤計劃,射頻基帶波形和供給電壓之間必須緊密同步。如下圖所示,一個典型的包絡跟蹤測試系統包括一個射頻信號發生器和分析儀、用于控制功率放大器的高速數字波形發生器以及一個用于為放大器供電的電源。

    高效5G前端的測試工程師需要測試其設備在5G信道帶寬下的包絡或更高頻率。將包絡跟蹤技術擴展到5G NR所需的100 MHz上行帶本不太可能,因為測試臺必須能夠觸發并生成極寬的基帶包絡信號大型波形基本完全對齊。然而,工程師也在努力嘗試實現這一性能效率和電池壽命,從而滿足用戶需求。此外,可精確部署包絡跟蹤覆蓋范圍和容量,這兩個參數均是網絡運營商的重要指標。

    新型毫米波操設備

    5G為了進一步提高頻譜效率、克服傳播損耗等問題,5G大規模天線基站普遍采用波束成形技術。基站要通過波束掃描找到手機,然后手機和基站之間通過業務波束信號建立業務交互。這是一個很吸引人的設計,當然實現起來也是非常復雜的。波束使用同頻還是異頻,波束參數,信號質量、端到端性能,OTA射頻性能等看起來簡單幾個問題,其實從系統設計與仿真階段就要考慮進來,一個成功的系統設計能夠顯著降低產品生命周期各階段的風險。

    高級波束成形技術需要系統級的設計

    為了避免大量傳播損耗,5G需要采用波束成形子系統和天線陣列。測試新的波束成形IC需要采用快速可靠的多端口測試方案。這些測試方案必須測試每條路徑的信號增益和相位控制,以確保適當的信號細窄/尖銳程度(level tapering)和相位調整,從而減少旁瓣和正確控制波束的方向。但是,由于這些測試方案需要朝著毫米波方向設計,因此本振引入的系統相位噪音會成倍增加,甚至可能占據主導地位,從而給組件測試帶來了極大的挑戰。測試儀器必須在FR1和FR2范圍內均提供足夠的動態范圍,以分析和驗證這兩個5G頻段內的組件性能是否一致。


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