5G 頻率范圍 2 (FR2) 的部署才剛剛開始。隨著毫米波部署上線，消費(fèi)者將受益于更快的數(shù)據(jù)速率和更寬的帶寬。毫米波信號(hào)的更高頻率會(huì)在部署和測(cè)試設(shè)置中帶來信號(hào)損失。但是，您可以最大限度地減少信號(hào)損失并改進(jìn)測(cè)量。
 

　　大多數(shù)(但不是全部)FR2 位于毫米波頻譜中，目前定義為 24.25 GHz 至 52.6 GHz。如圖 1 所示，毫米波頻譜通常被認(rèn)為是位于 30 GHz 和 300 GHz 之間的頻譜頻段。
 

　　毫米波頻率范圍內(nèi)的可用帶寬量可實(shí)現(xiàn)巨大的上行鏈路和下行鏈路速度，而毫米波傳輸?shù)南鄬?duì)較小的尺寸使毫米波非常適合在具有許多設(shè)備的密集城市環(huán)境中運(yùn)行。簡(jiǎn)而言之，F(xiàn)R2 是 5G 承諾的大部分優(yōu)勢(shì)所在，包括我們今天所知的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線通信的速度、帶寬和延遲，以及支持全新的用例。
 

　　毫米波的前景伴隨著權(quán)衡，包括路徑損耗(由于毫米波信號(hào)傳播不良)、增加的信號(hào)噪聲(由于寬帶信號(hào)固有的高噪聲水平)和較差的頻率響應(yīng)(由于誤差幅度很小)寬帶信號(hào))。更復(fù)雜的問題是，為毫米波設(shè)備設(shè)計(jì)的組件非常緊湊和緊密集成，以至于沒有地方可以探測(cè)，這就產(chǎn)生了輻射測(cè)試的要求，也稱為空中傳輸 (OTA) 測(cè)試。這些挑戰(zhàn)會(huì)使測(cè)量毫米波信號(hào)變得很困難，使您無(wú)法了解被測(cè)設(shè)備的真實(shí)性能。
 

　　本文將更詳細(xì)地討論毫米波設(shè)備測(cè)試面臨的這些具體挑戰(zhàn)。它還將介紹通過修改信號(hào)路徑、信號(hào)條件和參考平面的信號(hào)分析儀克服這些挑戰(zhàn)的策略，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 5G 毫米波信號(hào)的準(zhǔn)確、可重復(fù)測(cè)量。
 

　　路徑損耗
 

　　FR2 傳輸要克服的最重大挑戰(zhàn)之一是毫米波信號(hào)的傳播距離不如微波頻率。大氣很容易吸收毫米波信號(hào)能量，雨衰和衍射也是如此。此外，毫米波信號(hào)幾乎無(wú)法穿透樹木、樹葉、建筑物墻壁、高速公路立交橋和其他基礎(chǔ)設(shè)施。
 

　　在對(duì)毫米波組件和系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，您必須滿足于測(cè)試設(shè)置中毫米波信號(hào)的挑剔傳播特性。例如，射頻電纜和附件會(huì)影響信號(hào)強(qiáng)度。此外，測(cè)試和測(cè)量設(shè)備上的法蘭連接(圖 2)中的任何歪斜都會(huì)導(dǎo)致不必要的反射，從而降低信號(hào)質(zhì)量和功率。OTA 測(cè)試要求也使問題復(fù)雜化，因?yàn)殡姶艌?chǎng)行為和特性會(huì)因距天線的距離而異。
 

　　測(cè)量?jī)x器和被測(cè)設(shè)備 (DUT) 之間毫米波頻率下的過多路徑損耗會(huì)導(dǎo)致信號(hào)分析的信噪比 (SNR) 降低。較低的 SNR 會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)測(cè)量精度較低，例如誤差矢量幅度(EVM)、相鄰信道功率比 (ACPR) 和雜散發(fā)射測(cè)量。為了補(bǔ)償路徑損耗，工程師通常會(huì)降低信號(hào)分析儀的衰減。然而，將信號(hào)分析儀的輸入衰減降低到 0 dB 可能不足以充分補(bǔ)償?shù)?SNR 以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。
 

　　信號(hào)分析儀讓工程師針對(duì)特定類型的測(cè)量進(jìn)行優(yōu)化。例如，信號(hào)分析儀提供多種 RF 信號(hào)路徑的選擇，以幫助克服與信號(hào)傳播和其他因素相關(guān)的路徑損耗問題。例如，信號(hào)分析儀可以在較高功率電平下應(yīng)用衰減或在較低功率電平下應(yīng)用前置放大器來測(cè)量各種輸入信號(hào)。
 

　　通?？捎玫纳漕l信號(hào)路徑類型包括：
 

　　默認(rèn)信號(hào)路徑非常適合測(cè)量帶寬小于 45 MHz 的低電平信號(hào)。在這條路徑中，輸入信號(hào)在到達(dá)混頻器之前通過射頻衰減器、前置放大器和預(yù)選器。
 

　　微波預(yù)選器旁路路徑更適合分析寬帶矢量信號(hào)，例如毫米波信號(hào)，因?yàn)樗试S寬帶信號(hào)不受阻礙地通過射頻鏈。
 

　　在較高功率電平下進(jìn)行 EVM 測(cè)量和其他測(cè)試發(fā)射機(jī)調(diào)制質(zhì)量的測(cè)量通常最好使用低噪聲信號(hào)路徑來完成。放大器的增益、頻率響應(yīng)和插入損耗在較高頻率下復(fù)合。該路徑減少了路徑損耗以及前置放大器和開關(guān)產(chǎn)生的頻率響應(yīng)和噪聲，從而提高了信號(hào)保真度并提高了測(cè)量靈敏度。
 

　　與默認(rèn)信號(hào)路徑相比，全旁路信號(hào)路徑(避免低頻段開關(guān)電路中的多個(gè)開關(guān)并繞過微波預(yù)選器)可以將毫米波頻率的損耗降低多達(dá) 10 dB。全旁路路徑具有路徑損耗更低、信號(hào)保真度更高和測(cè)量靈敏度更高的優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)，包括帶內(nèi)成像和用于測(cè)試較低功率電平的低 SNR。
 

　　外部混頻器擴(kuò)展了信號(hào)分析儀的頻率范圍，并消除了由信號(hào)分析儀和 DUT 之間的測(cè)試設(shè)置電纜和附件引起的插入損耗。電纜損耗可高達(dá) 5 dB/m，并可降低測(cè)試系統(tǒng)的 SNR。添加一個(gè)可以靠近 DUT 的外部混頻器，可以縮短毫米波信號(hào)路徑，從而降低路徑損耗并提高 SNR。
 

　　寬帶噪聲
 

　　寬帶信號(hào)本身具有較高的噪聲和較低的 SNR，因?yàn)槟芰糠植荚谛盘?hào)的整個(gè)帶寬上。因此，帶寬越寬，固有信號(hào)完整性越低，它就越容易受到來自測(cè)試設(shè)置和其他因素的噪聲的影響，因此 SNR 越低。
 

　　增加分析帶寬會(huì)給信號(hào)分析儀帶來更多噪聲，從而降低 SNR。低 SNR 會(huì)導(dǎo)致 EVM 和鄰道功率比 (ACPR) 測(cè)量結(jié)果不佳，無(wú)法準(zhǔn)確反映 DUT 的性能。
 

　　為了提高 EVM 測(cè)量精度，您應(yīng)該為信號(hào)分析儀的混頻器和數(shù)字化儀選擇最佳電平。為獲得最佳結(jié)果，請(qǐng)選擇本地振蕩器 (LO) 的最佳相位噪聲配置以實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。
 

　　無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最大輸出功率下的發(fā)射機(jī)測(cè)量。但是，您可以在信號(hào)分析儀的第一個(gè)混頻器處衰減功率電平，以確保高功率輸入信號(hào)不會(huì)在信號(hào)分析儀中失真。例如，在 OTA 測(cè)試和具有顯著插入損耗的測(cè)試設(shè)置中，輸入信號(hào)電平可能低于最佳混頻器電平。使用內(nèi)置前置放大器對(duì)于低輸入電平測(cè)試場(chǎng)景很有用。內(nèi)置前置放大器提供了更好的噪聲系數(shù)，但互調(diào)失真與本底噪聲的動(dòng)態(tài)范圍較差。
 

　　輸入混頻器電平設(shè)置是失真性能和噪聲靈敏度之間的權(quán)衡。較高的輸入混頻器電平可產(chǎn)生更好的 SNR，而較低的輸入混頻器電平可提供更好的失真性能。測(cè)量硬件、輸入信號(hào)的特性和規(guī)格測(cè)試要求共同決定了最佳混頻器電平設(shè)置。如圖 3 所示，在前端應(yīng)用外部低噪聲放大器 (LNA) 還可以降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)——無(wú)論是否帶有內(nèi)部前置放大器——也有助于優(yōu)化混頻器的輸入電平。
 

　　信號(hào)分析儀還為相位噪聲優(yōu)化帶來了選擇。用于調(diào)制分析的信號(hào)分析儀的最佳相位噪聲性能取決于分析儀的相位噪聲曲線以及輸入信號(hào)的工作頻率、帶寬和子載波間隔(OFDM 信號(hào))。寬偏移相位噪聲設(shè)置通常用于更好的 5G NR 毫米波調(diào)制分析。
 

　　頻率響應(yīng)
 

　　測(cè)試儀器和 DUT 之間路徑中的組件將影響測(cè)試設(shè)置的準(zhǔn)確性。憑借寬帶寬和毫米波信號(hào)，微小的誤差余量迫使射頻工程師尋找新的方法來減少頻率響應(yīng)誤差。這些誤差發(fā)生在不同的頻率，影響相位和幅度響應(yīng)。信號(hào)分析儀提供內(nèi)部校準(zhǔn)程序來校正其頻率響應(yīng)。
 

　　需要糾正頻率響應(yīng)誤差，以將測(cè)量精度從信號(hào)分析儀的輸入端口擴(kuò)展到 DUT 的測(cè)試端口。可以使用信號(hào)分析儀配置對(duì)幅度和相位的校正，以消除頻率響應(yīng)。校正測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中的幅度和相位誤差也提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。有許多儀器和附件可用于幫助校正頻率響應(yīng)。
 

　　小結(jié)
 

　　總之，在 5G 中使用毫米波信號(hào)可以顯著提高速度和延遲，提供顯著提升傳統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)應(yīng)用的性能，并支持全新的用例，例如超低延遲通信 (URLLC)、蜂窩車輛-萬(wàn)物互聯(lián) (C-V2X) 通信和大規(guī)模機(jī)器類型通信 (mMTC)。然而，毫米波信號(hào)的特性給準(zhǔn)確、可重復(fù)的測(cè)量帶來了新的測(cè)量挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代信號(hào)分析儀提供硬件和軟件的靈活性來抵消這些挑戰(zhàn)，包括減少路徑損耗、改善信號(hào)狀況和糾正頻率響應(yīng)誤差。