模塊化儀器應對寬帶通信測試新挑戰

　　摘要：無線視頻和無線接入數據網絡技術的廣泛應用要求開發支持更高吞吐量的無線技術標準，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品進行驗證。

　　為了實現 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)、空時編碼和高階正交頻分復用(OFDM)調制制式，這對無線元器件的線性、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 技術標準之上建立起來的，并主要在以下四個方面做出了改進：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 個用戶);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 發射機的設計和驗證需要對多通道 MIMO 空間復用信號進行誤差矢量幅度(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 應超過這些要求。隨著設備的演進，測試解決方案也應該逐步改進，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了新的挑戰。設計人員必須確定現有 3G 設計和未來 4G 運行環境的性能差異，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)，同時滿足內部產品設計目標要求。由于智能手機和其他先進無線器件對電池的依賴程度極高，如何通過設計獲得最高的效率十分關鍵。射頻功率放大器具有特別重要的作用。選擇和設計滿足設計目標的適合功率放大器是一個巨大的挑戰。

　　面臨的挑戰

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

　　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、通過混頻器后但在功率放大器之前或者通過功率放大器之后)。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。　　

 　　另一個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。偶發的較高峰值功率電平導致功率放大器嚴重鉗位、影響整個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性的一個方法。