是德科技測(cè)量解決方案之毫米波無(wú)線回程

是德科技測(cè)量解決方案之毫米波無(wú)線回程使用高效的網(wǎng)絡(luò)分析、信號(hào)生成和分析解決方案設(shè)計(jì)和測(cè)試E-band微波回程概述回程在電信網(wǎng)絡(luò)中具有舉足輕重的的作用，它主要由核心網(wǎng)或骨干網(wǎng)與處于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)末端的小型子網(wǎng)之間的中間鏈路組成。在微波移動(dòng)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中有三種類型的回程：宏基站Macrocell、小基站smallcell和femtocell。Femtocell回程通常使用寬帶接入技術(shù)，不在本應(yīng)用指南的討論范圍內(nèi)。Smallcell回程負(fù)責(zé)在室外smallcell和連接到macrocell回程網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)或連接到廣域網(wǎng)(WAN)/互聯(lián)網(wǎng)/城域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。它包括兩端的設(shè)備，以及中間的網(wǎng)格或串行設(shè)備。目前有許多不同的回程技術(shù)可供運(yùn)營(yíng)商選擇，E-band就是其中之一。這個(gè)頻段頻譜資源豐富，大氣衰減相對(duì)較低，且在部分國(guó)家已擁有頻譜許可證，因此是目前微波回程的最佳選擇。在全球廣泛部署的E-band點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距微波無(wú)線通信系統(tǒng)—又稱為毫米波(mmWave)無(wú)線通信系統(tǒng)—在還未獲許可的57-64GHz頻段(數(shù)據(jù)速率高達(dá)1Gbps)、已獲得許可證的71-86GHz頻段和92-95GHz頻段(數(shù)據(jù)速率高達(dá)10Gbps)上工作。因此，非常適合在應(yīng)用于人口稠密的城市環(huán)境(距離小于1千米)和郊區(qū)工業(yè)區(qū)環(huán)境(距離2到5千米)中使用。市場(chǎng)分析師也是基于這個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，預(yù)測(cè)在未來(lái)幾年內(nèi)，毫米波回程市場(chǎng)將會(huì)發(fā)生突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其中長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)smallcell回程越來(lái)越多地使用毫米波將起到重要的推動(dòng)作用。問(wèn)題有以下幾個(gè)原因，促使運(yùn)營(yíng)商逐漸過(guò)渡到E-band回程。首先可在更高頻段內(nèi)提供更大帶寬，并可提供一個(gè)具有極強(qiáng)方向性和容易控制的天線波束。此外，E-band無(wú)線通信系統(tǒng)的工作頻段(即60GHz和70-90GHz)現(xiàn)在對(duì)商用業(yè)務(wù)和產(chǎn)品是開放的。盡管有這些優(yōu)勢(shì)，但是在向E-band回程過(guò)渡時(shí)可能還會(huì)遇到許多設(shè)計(jì)和測(cè)試挑戰(zhàn)。例如，E-band的波束寬度極窄，因此信號(hào)非常容易受到建筑物的影響和大氣干擾。系統(tǒng)校準(zhǔn)也極為困難。E-band的性能還非常容易受到雨水和氧吸收的影響。雨水會(huì)嚴(yán)重影響E-band的無(wú)線電波傳輸，使得E-band無(wú)線通信系統(tǒng)不得不重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)，以達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)等級(jí);甚至有可能導(dǎo)致服務(wù)中斷。此外，E-band回程測(cè)試解決方案的成本也很高。解決方案隨著毫米波技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商從使用傳統(tǒng)回程(例如光鏈路和微波鏈路)向E-band點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路轉(zhuǎn)變，盡快找到方案滿足高頻高帶寬需求、且經(jīng)濟(jì)高效的測(cè)試測(cè)量?jī)x器迫在眉睫。這些解決方案對(duì)于確保E-band回程系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要，同時(shí)還可應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。一套完整的毫米波測(cè)試和測(cè)量方案必須將用于毫米波元器件測(cè)試和校準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)分析儀與最佳的信號(hào)生成和分析系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，準(zhǔn)確地對(duì)通信鏈路(例如發(fā)射機(jī)、信號(hào)路徑和接收機(jī))進(jìn)行測(cè)試和測(cè)量。網(wǎng)絡(luò)分析儀必須提供單次掃描能力，支持全方位的毫米波端口功率控制，并支持真正的差分測(cè)量。另一方面，信號(hào)生成和分析解決系統(tǒng)還應(yīng)提供快速的測(cè)量時(shí)間和開關(guān)速度、出色的可擴(kuò)展性(能夠?qū)ぞ哌M(jìn)行量身定制，滿足用戶不斷變化的測(cè)試需求)和靈活性(使它們能夠支持現(xiàn)有的和未來(lái)的制式)。是德科技毫米波產(chǎn)品系列可以滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品包括毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀，以及信號(hào)生成、分析和路徑仿真全套方案。網(wǎng)絡(luò)分析儀適用于對(duì)同軸器件或晶圓中的毫米波器件進(jìn)行表征、建模和參數(shù)提取，而信號(hào)生成/分析解決方案則適用于毫米波通信鏈路測(cè)試。毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀KeysightN5251A單次全頻段掃描10MHz至110GHz矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀使用了毫米波控制器和一個(gè)寬帶頻率擴(kuò)展器組合，提供1.0毫米陽(yáng)頭測(cè)試端口輸出連接器，可用作單一產(chǎn)品的解決方案。另外，它也可以配置使用PNA或PNA-X網(wǎng)絡(luò)分析儀組成更低成本的解決方案。現(xiàn)有的N5227APNA和N5247A67GHzPNA-X用戶只需添加N5261A/N5262A測(cè)試控制器和寬帶頻率擴(kuò)展器，即可進(jìn)行單次掃描10MHz至110GHz測(cè)量。N5251A毫米波解決方案是唯一集成有三軸向直流偏置裝置(tri-axialbiastees)的寬帶解決方案，通過(guò)在施加直流偏置的過(guò)程中對(duì)偏置信號(hào)的大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以精確地對(duì)被測(cè)器件的偏置狀態(tài)進(jìn)行控制。其寬廣的頻率范圍可實(shí)現(xiàn)出色的時(shí)域分辨率，并使用戶能夠?qū)Ρ粶y(cè)件施加精確的功率電平，掃描1.0毫米端口的功率。此外，N5251A為同軸、各種夾具和晶圓上的器件提供了多種校準(zhǔn)選擇。為了進(jìn)行高達(dá)1.1THz的S參數(shù)測(cè)量，可以使用由PNA和PNA-X網(wǎng)絡(luò)分析儀配置的各種分頻段擴(kuò)展毫米波解決方案。2或4端口OML分頻段擴(kuò)展波導(dǎo)系統(tǒng)包括PNA-X和OML公司提供的頻率擴(kuò)展器，可覆蓋50GHz至500GHz的頻率范圍。根據(jù)測(cè)量需要和所選用的頻率擴(kuò)展器類型，它可以配備/不配備控制器。可進(jìn)行的具體測(cè)量包括真實(shí)模式、時(shí)域、功率、功率掃描(單一頻率)、功率譜、互調(diào)失真和噪聲系數(shù)等等。2或4端口VDI分頻段擴(kuò)展波導(dǎo)系統(tǒng)用于進(jìn)行THz成像，可配備VirginiaDiodesIncorporated(VDI)公司提供的頻率擴(kuò)展器，將頻率范圍擴(kuò)展至950GHz。這些分頻段擴(kuò)展毫米波解決方案使用內(nèi)置的固化軟件，無(wú)論是使用PNA還是PNA-X系列網(wǎng)絡(luò)分析儀都可以利用已經(jīng)開發(fā)好的測(cè)量應(yīng)用軟件進(jìn)行測(cè)量。無(wú)論測(cè)量的頻率范圍是什么，用戶都可以通過(guò)前面板對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行手動(dòng)控制，并可以使用鼠標(biāo)訪問(wèn)操作簡(jiǎn)單的下拉菜單。使用固化軟件界面，用戶可以輕松地在各頻段之間進(jìn)行切換。網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量示例為了更好地了解如何使用毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量，以4端口N5251APNA網(wǎng)絡(luò)分析儀為例，它可以執(zhí)行10MHz至110GHz的單次掃描測(cè)量(圖1)。N5251A能夠控制并使用接收機(jī)穩(wěn)幅能力，精確地設(shè)置1.0毫米測(cè)試端口上的功率。它還支持諸如真實(shí)差分測(cè)量、脈沖測(cè)量和標(biāo)量混頻器測(cè)量等應(yīng)用，并能夠靈活地對(duì)晶圓上元器件進(jìn)行單次接觸，完整表征被測(cè)件的特性。圖1.以N5227APNA為基礎(chǔ)構(gòu)建的4端口110GHzN5251A毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)圖。N5251A能夠?qū)β蔬M(jìn)行精確控制，使用戶在毫米波頻率上測(cè)量器件增益壓縮特性的工作更為簡(jiǎn)單。例如，圖2顯示它在進(jìn)行傳統(tǒng)S參數(shù)測(cè)量的同時(shí)，還使用功率掃描進(jìn)行了110GHz緩沖放大器測(cè)量。圖2.在77GHz上進(jìn)行功率掃描增益壓縮測(cè)量。使用此N5251A配置還可以輕松進(jìn)行混頻器測(cè)量和功率譜測(cè)量。圖3a顯示了PNA對(duì)75至110GHz下變頻混頻器執(zhí)行本振功率掃描的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量頻點(diǎn)設(shè)置在75GHz連續(xù)波上。使用PNA的內(nèi)置IM頻譜選件，可進(jìn)行功率譜測(cè)量。圖3b顯示了在10MHz至110GHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量110GHz緩沖放大器輸入輸出頻譜的結(jié)果。圖3a.在75GHz毫米波頻率上進(jìn)行-20至+11dBm本振掃描的S21繪圖結(jié)果。圖3b.放大器在77GHz上的輸入/輸出。使用PNA的IM頻譜選件，可以在10MHz至110GHz頻率范圍內(nèi)對(duì)所有頻譜功率元器件進(jìn)行測(cè)量。毫米波信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)分析儀解決方案毫米波信號(hào)生成、分析和信號(hào)路徑仿真，可通過(guò)KeysightM8190A寬帶任意波形發(fā)生器(AWG)、PSG信號(hào)發(fā)生器、PXA/EXA頻譜分析儀以及裝有86901B矢量信號(hào)分析軟件的高性能Infiniium系列示波器來(lái)實(shí)現(xiàn)(圖4)。以收發(fā)信機(jī)仿真為例。測(cè)試收發(fā)信機(jī)需要使用仿真的發(fā)射機(jī)和/或仿真的接收機(jī)。理想情況下，兩者都應(yīng)該具有足夠的靈活性，可以在信號(hào)源端生成真實(shí)的失真，在接收機(jī)端對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。使用M8190A高性能任意波形發(fā)生器(12位，12GSa/s或14位，8GSa/s)，用戶能夠創(chuàng)建這些類型的波形，作為信號(hào)源使用。矢量PSG信號(hào)發(fā)生器可充當(dāng)外置I/Q調(diào)制器。在分析儀端，使用支持63GHz實(shí)時(shí)頻率帶寬的Infiniium示波器。配有160MHz射頻分析帶寬的PXA和/或EXA以及是德科技智能混頻器是另一種選擇—視信號(hào)帶寬和頻率而定。該測(cè)試解決方案還包括MATLAB(支持定制信號(hào)生成)、SignalStudio(支持LTE等特定信號(hào)制式)和89601B(用于信號(hào)分析)等軟件。圖4.此結(jié)構(gòu)圖顯示了可用于毫米波回程測(cè)量和分析的總體調(diào)制信號(hào)生成和分析解決方案。在對(duì)收發(fā)信機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，首先由M8190AAWG或SignalStudio生成一個(gè)信號(hào)，再由KeysightE8267D矢量信號(hào)發(fā)生器和/或外部第三方上變頻器對(duì)信號(hào)進(jìn)行上變頻并發(fā)送到被測(cè)件(在本例中為60GHz鏈路)。接下來(lái)，使用外部器件(例如是德科技智能混頻器或第三方下變頻器)對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻。最后使用Infiniium示波器或裝有89601B矢量信號(hào)分析軟件的PXA/EXA對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析(圖5)。圖5.對(duì)收發(fā)信機(jī)的分析結(jié)果將得到一個(gè)64QAM星座圖(3GSamples/s)，以及關(guān)于86GHz通信鏈路的Q眼圖和I眼圖。測(cè)量結(jié)果總結(jié)毫米波技術(shù)的不斷發(fā)展，正推動(dòng)回程從傳統(tǒng)技術(shù)向更經(jīng)濟(jì)、大容量的E-band點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路轉(zhuǎn)變。但是，與這些鏈路有關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)使得本已非常困難的設(shè)計(jì)和測(cè)試過(guò)程變得更加復(fù)雜。令人高興的是，用于元器件測(cè)試的N5251A毫米波網(wǎng)絡(luò)分析解決方案以及用于通信鏈路測(cè)試的毫米波信號(hào)生成和分析解決方案，將幫助設(shè)計(jì)和測(cè)試人員輕松應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。它們可以為當(dāng)前的工程師提