模塊化儀器應(yīng)對(duì)寬帶通信測(cè)試新挑戰(zhàn)

　　摘要：無(wú)線視頻和無(wú)線接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用要求開(kāi)發(fā)支持更高吞吐量的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，安捷倫的寬帶多通道 PXI 信號(hào)分析儀解決方案具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性，采用此解決方案，LTE-Advanced 和MIMO 802.11 ac 的研發(fā)和測(cè)試工程師在小型儀器中即可快速、準(zhǔn)確地對(duì)其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證。

　　為了實(shí)現(xiàn) Gb/s 級(jí)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(fù)用(OFDM)調(diào)制制式，這對(duì)無(wú)線元器件的線性、帶寬和功耗提出了新的要求。以802.11 ac為例，該標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建在 802.11 n 的高吞吐量性能之上，旨在應(yīng)對(duì)新應(yīng)用模型的挑戰(zhàn)。802.11 ac 繼續(xù)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(biāo)準(zhǔn)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 MIMO(最多 4 個(gè)用戶);更高階的調(diào)制(可支持 256 QAM)。

　　設(shè)計(jì)驗(yàn)證工程師必須確保其針對(duì) 802.11 ac 的設(shè)計(jì)能夠在各種條件下運(yùn)行良好，驗(yàn)證其設(shè)備在要求最嚴(yán)格的 MIMO 空間復(fù)用模式下仍符合性能要求。驗(yàn)證MIMO發(fā)射機(jī)的工作性能需要一臺(tái)多通道信號(hào)分析儀，用以解調(diào)多流波形并測(cè)量 EVM 和其它物理層參數(shù)。802.11 ac MIMO 發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證需要對(duì)多通道 MIMO 空間復(fù)用信號(hào)進(jìn)行誤差矢量幅度(EVM)測(cè)量。測(cè)試解決方案應(yīng)提供快速的測(cè)量方法，并保證極高的置信度。802.11 ac 標(biāo)準(zhǔn)更高階的調(diào)制形式和更寬的帶寬要求 EVM 測(cè)量較以往更為準(zhǔn)確，而測(cè)試解決方案提供的剩余 EVM 應(yīng)超過(guò)這些要求。隨著設(shè)備的演進(jìn)，測(cè)試解決方案也應(yīng)該逐步改進(jìn)，對(duì) MIMO 設(shè)備的測(cè)試支持能力也要從單、雙通道40 MHz 擴(kuò)展至三、四通道 160 MHz 的水平。

　　新制式為通信系統(tǒng)架構(gòu)師和射頻功率放大器設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員必須確定現(xiàn)有 3G 設(shè)計(jì)和未來(lái) 4G 運(yùn)行環(huán)境的性能差異，以及 3G 設(shè)計(jì)是否需要重新設(shè)計(jì)，或者新的供應(yīng)商是否合格。硬件也必須滿足或超出性能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，例如 ACPR、EVM 或吞吐量(如 BLER、BER 和 PER)，同時(shí)滿足內(nèi)部產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。由于智能手機(jī)和其他先進(jìn)無(wú)線器件對(duì)電池的依賴程度極高，如何通過(guò)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的適合功率放大器是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　面臨的挑戰(zhàn)

　　功率放大器是無(wú)線通信系統(tǒng)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性。非線性產(chǎn)生的頻譜再生會(huì)導(dǎo)致相鄰信道干擾和違反監(jiān)管機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的帶外輻射，還會(huì)引發(fā)帶內(nèi)失真，降低通信系統(tǒng)的誤碼率(BER)質(zhì)量和數(shù)據(jù)吞吐量。

　　圖1 至 4 是根據(jù)分量載波組合位置劃分的不同傳輸體系結(jié)構(gòu)(例如數(shù)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(jié)構(gòu)分別以不同的方式實(shí)現(xiàn)了各自的設(shè)計(jì)目標(biāo)，但這些體系結(jié)構(gòu)具有共同的挑戰(zhàn)――寬帶功率放大器設(shè)計(jì)，這也是射頻工程師面臨的最普遍挑戰(zhàn)。　　

 　　另一個(gè)挑戰(zhàn)是在峰均功率比(PRPR 或波峰因數(shù))與功率附加效率(PAE)之間取得折中。新的正交頻分多路復(fù)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(dǎo)致功率放大器嚴(yán)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(yùn)行功率放大器是降低這種非線性的一個(gè)方法。