模塊化儀器應對寬帶通信測試新挑戰

　　摘要：無(wú)線(xiàn)視頻和無(wú)線(xiàn)接入數據網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的廣泛應用要求開(kāi)發(fā)支持更高吞吐量的無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準，安捷倫的寬帶多通道 PXI 信號分析儀解決方案具有高度的靈活性和可擴展性，采用此解決方案，LTE-Advanced 和MIMO 802.11 ac 的研發(fā)和測試工程師在小型儀器中即可快速、準確地對其設計的產(chǎn)品進(jìn)行驗證。

　　為了實(shí)現 Gb/s 級鏈路吞吐量，新的制式使用更高帶寬、多路輸入多路輸出(MIMO)、空時(shí)編碼和高階正交頻分復用(OFDM)調制制式，這對無(wú)線(xiàn)元器件的線(xiàn)性、帶寬和功耗提出了新的要求。以802.11 ac為例，該標準構建在 802.11 n 的高吞吐量性能之上，旨在應對新應用模型的挑戰。802.11 ac 繼續在 802.11 a/n 5 GHz 頻段下工作，是在高吞吐量 802.11 n 技術(shù)標準之上建立起來(lái)的，并主要在以下四個(gè)方面做出了改進(jìn)：更寬的信道帶寬(最佳 160 MHz 帶寬);更高階的 MIMO(最高 8*8);多用戶(hù) MIMO(最多 4 個(gè)用戶(hù));更高階的調制(可支持 256 QAM)。

　　設計驗證工程師必須確保其針對 802.11 ac 的設計能夠在各種條件下運行良好，驗證其設備在要求最嚴格的 MIMO 空間復用模式下仍符合性能要求。驗證MIMO發(fā)射機的工作性能需要一臺多通道信號分析儀，用以解調多流波形并測量 EVM 和其它物理層參數。802.11 ac MIMO 發(fā)射機的設計和驗證需要對多通道 MIMO 空間復用信號進(jìn)行誤差矢量幅度(EVM)測量。測試解決方案應提供快速的測量方法，并保證極高的置信度。802.11 ac 標準更高階的調制形式和更寬的帶寬要求 EVM 測量較以往更為準確，而測試解決方案提供的剩余 EVM 應超過(guò)這些要求。隨著(zhù)設備的演進(jìn)，測試解決方案也應該逐步改進(jìn)，對 MIMO 設備的測試支持能力也要從單、雙通道40 MHz 擴展至三、四通道 160 MHz 的水平。

　　新制式為通信系統架構師和射頻功率放大器設計人員帶來(lái)了新的挑戰。設計人員必須確定現有 3G 設計和未來(lái) 4G 運行環(huán)境的性能差異，以及 3G 設計是否需要重新設計，或者新的供應商是否合格。硬件也必須滿(mǎn)足或超出性能標準的規定，例如 ACPR、EVM 或吞吐量(如 BLER、BER 和 PER)，同時(shí)滿(mǎn)足內部產(chǎn)品設計目標要求。由于智能手機和其他先進(jìn)無(wú)線(xiàn)器件對電池的依賴(lài)程度極高，如何通過(guò)設計獲得最高的效率十分關(guān)鍵。射頻功率放大器具有特別重要的作用。選擇和設計滿(mǎn)足設計目標的適合功率放大器是一個(gè)巨大的挑戰。

　　面臨的挑戰

　　功率放大器是無(wú)線(xiàn)通信系統中決定整體性能和吞吐量的關(guān)鍵元件，并且具有固有的非線(xiàn)性。非線(xiàn)性產(chǎn)生的頻譜再生會(huì )導致相鄰信道干擾和違反監管機構標準的帶外輻射，還會(huì )引發(fā)帶內失真，降低通信系統的誤碼率(BER)質(zhì)量和數據吞吐量。

　　圖1 至 4 是根據分量載波組合位置劃分的不同傳輸體系結構(例如數字基帶階段、射頻混頻器之前的模擬波形階段、通過(guò)混頻器后但在功率放大器之前或者通過(guò)功率放大器之后)。圖 1-4 顯示，集成 RFIC SoC、CMOS 芯片組和基站體系結構分別以不同的方式實(shí)現了各自的設計目標，但這些體系結構具有共同的挑戰――寬帶功率放大器設計，這也是射頻工程師面臨的最普遍挑戰?！　?/p>

 　　另一個(gè)挑戰是在峰均功率比(PRPR 或波峰因數)與功率附加效率(PAE)之間取得折中。新的正交頻分多路復用傳輸制式，例如 3GPP LTE、LTE-Advanced 和 802.11ac,，具有高峰均功率比。偶發(fā)的較高峰值功率電平導致功率放大器嚴重鉗位、影響整個(gè)波形的頻譜模板一致性、EVM 和 BER。在較低功率下運行功率放大器是降低這種非線(xiàn)性的一個(gè)方法。