如何在時(shí)域、頻域和數字域中調試5G NR多通道系統？

對工程師而言，使用一臺儀器就能跨越多域（時(shí)域、頻域及調制域）查看信號，并同時(shí)分析多個(gè)不同類(lèi)型的測量，這在復雜的5G系統測試中非常實(shí)用，因為在5G系統中數字信號、模擬信號和RF信號彼此交互。

盡管5G系統開(kāi)發(fā)時(shí)已經(jīng)做了大量的工作，但科學(xué)家和工程師仍面臨著(zhù)許多挑戰，包括：

●   eMBB (增強移動(dòng)寬帶)收發(fā)機實(shí)現問(wèn)題，包括高效實(shí)現應用的信道編碼(LDPC和Polar碼)、收發(fā)機設計的能效、大尺寸FFT的OFDM和DFT擴展OFDM信號強大的同步方法。

●   考察V2X和遙控通信系統使用的超可靠URLLC (超可靠低時(shí)延通信)傳輸方法，包括高效通信信道編碼、可靠的接入無(wú)線(xiàn)資源以及收發(fā)機設計。

●   考慮收發(fā)機在毫米波范圍通信中實(shí)現的具體問(wèn)題

●   massiveMIMO結構和算法

●   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調制和編碼

●   感知無(wú)線(xiàn)電在5G中的應用

關(guān)聯(lián)模擬信號、數字信號和RF信號的根本原因

5G系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程離不開(kāi)數字信號、模擬信號和RF信號。如今，RF功放同步、增益和定時(shí)特點(diǎn)測試必須與現代控制接口結合在一起，如采用MIPI的RF前端控制接口 (RFFE)。

能夠跨多個(gè)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。

在本期內容中，我們將為大家實(shí)測演示寬帶RF放大器典型的5G系統調試和驗證場(chǎng)景（建議大家先看視頻，再看文字內容~）

測試設置

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

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(hù)設備和基站應用典型的測量問(wèn)題。

圖2. 測試設備，包括示波器、信號發(fā)生器、耦合器、電源和DUT

我們配置泰克AWG70000B任意波形發(fā)生器作為我們的信號源，在3.5GHz中心頻率生成單個(gè)5G NR載波，帶寬為100MHz。它是一個(gè)上行信號，30kHz副載波間隔(SCS)，256-QAM，11.5dB OFDM PAPR。

AWG調節為250mV ~ 500mV峰峰值信號，約為–11 ~ –17dBm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(shí)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(shí)例

作為實(shí)例，我們將看到放大器獲得良好的讀數，在RF輸入上開(kāi)始觸發(fā)。

圖3. 在這個(gè)測量中，星座圖中顯示的EVM與預期相符

然后我們在引入干擾時(shí)會(huì )突然看到變化，我們捕捉到高失真時(shí)點(diǎn)，這是什么引起的呢？

圖4. 在這個(gè)測量中，EVM高于預期

在上面兩個(gè)截屏中可以看到，星座圖中的5G EVM在好和壞之間脈沖波動(dòng)。我們可以看下功率相對于時(shí)間畫(huà)面，也可以看到功率有時(shí)會(huì )跌落。

因此，我們看到所有RF域指標都顯示出了問(wèn)題，我們想進(jìn)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VSA，您會(huì )不知所措，只能不斷地猜測。而MSO6B不同，它可以同時(shí)查看模擬信號、數字信號和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(gè)采集中，電源傳送48mA (通道6, 藍色)，功放的輸出(通道5, 橙色)是標稱(chēng)值

圖6. 在這個(gè)采集中，電源傳送22mA (通道6, 藍色)，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(shí)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47mA，所以我們把觸發(fā)點(diǎn)設置在43mA，在下降時(shí)捕捉信號。我們設置成觸發(fā)電流邊沿，而不是脈沖。

圖7. 觸發(fā)設置成捕獲電流下降，以統一采集低電流情況

現在我們通過(guò)示波器關(guān)聯(lián)到RF性能下跌的原因，在返回SignalVu時(shí)，我們現在可以捕捉電流開(kāi)始下跌的時(shí)點(diǎn)。

圖8. 在觸發(fā)低電流情況時(shí)，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，我們已經(jīng)觸發(fā)電流下跌，不再會(huì )有閃爍的星座圖或EVM畫(huà)面，我們可以更好地看到實(shí)際問(wèn)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(shí)點(diǎn)。

現在我們看一下在電流落在規范內時(shí)是否觸發(fā)，看一下RF測量會(huì )發(fā)生什么情況。為此，我們只需把觸發(fā)方向變成上升，現在可以捕獲電流落在規范內的時(shí)點(diǎn)。在示波器應用中，我們的RF能量如預期那樣恢復，看一下SignalVu VSA應用，捕獲的每個(gè)5G信號都滿(mǎn)足規范。

圖9. 只需按幾下按鈕，就可以把觸發(fā)設置成捕獲電流提高，在電流恢復正常時(shí)一直采集信號

圖10. 觸發(fā)電流的上升沿，確定電流恢復正常的測量時(shí)點(diǎn)

圖11. 在以正常電流獲得測量時(shí)，EVM一直落在規范內

在電流不符合規范時(shí)，我們的RF輸出和EVM也落在規范外。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(lái)了。

在這個(gè)簡(jiǎn)單的演示中，我們使用SMU步進(jìn)的提高和降低電流。作為5G設計人員，大家可能知道電流變化更多的底層原因，比如DPD算法或系數加載錯誤。

通過(guò)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指標，比如功放的功效(PAE)。

這個(gè)器件沒(méi)有數字總線(xiàn)，如果有，我們可以觸發(fā)數字總線(xiàn)，把問(wèn)題與數字總線(xiàn)行為關(guān)聯(lián)起來(lái)。

泰克解決方案摘要

同步多通道頻譜分析和時(shí)域波形加快了5G調試速度。

5G系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程離不開(kāi)數字信號、模擬信號和RF信號。能夠跨多個(gè)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(gè)輸入背后都是定制ASIC內部的12位ADC。每個(gè)ADC沿著(zhù)兩條路徑發(fā)送高速數字化數據。這種方法可以獨立控制時(shí)域和頻域采集，可以同時(shí)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(shí)域、RF和數字域中實(shí)現同步測量，支持最多8條通道。

MSO6B支持最高10GHz的頻率范圍以及最高2GHz的分析帶寬，能夠直接測量Sub 6 (FR1) 5G信號。您可以至我們的官網(wǎng)了解更多相關(guān)信息：

●   5G測試

●   MSO6B混合信號示波器

●   頻譜分析儀軟件