配置寬帶測試臺,以覆蓋廣泛的頻率范圍
增強型移動寬帶(eMBB,Enhance Mobile Broadband)是ITU-R確定的5G三大主要應用場景之一。
5G增強型移動寬帶:具備更大的吞吐量、低延時以及更一致的體驗。5G增強型移動寬帶主要體現在以下領域:3D超高清視頻遠程呈現、可感知的互聯網、超高清視頻流傳輸、高要求的賽場環境、寬帶光纖用戶以及虛擬現實領域。以前,這些業務大多只能通過固定寬帶網絡才能實現,未來5G將讓它們移動起來。
為實現5G增強型移動寬帶某些極具挑戰性的關鍵性能指標,即超出20 Gb/s的下行峰值速率以 及1萬倍以上的流量,5G標準規定了兩個基本頻率范圍內不同信道帶寬下的寬帶場景。這旨在復用400 MHz左右至7.125 GHz(FR1)和24 GHz至52.6 GHz (毫米波FR2)范圍內的許多現有頻段及 一些未獲得許可的新蜂窩頻段。5G 頻率趨勢一般低于 40 GHz。
5G 網絡建設需要綜合考慮頻率、設備、終端、業務等發展成熟度,按照 5G業務發展規律,需合理規劃5G設備演進路標。
以中國聯通5G網絡建設遠景目標為例,聯通5G網絡建設遠景目標是建設“4G 5G”兩張網,兩張目標網的定位如下:
● 5G 目標網,以 3.5GHz 頻段作為城區連續覆蓋的主力頻段,2.1GHz 頻段可用于提高 5G 覆蓋容量補充,后續新申請的毫米波頻毫米波頻段 26GHz 40GHz作為城區數據熱點的重要補充;
● 4G目標網,以 900MHz 和 1800MHz 頻段作為主要頻段,900MHz 主要用于廣覆蓋(兼顧 NB-IoT、eMTC 等物聯網業務),1800MHz 為 LTE 網絡容量層(遠期根據 4G 業務量情況逐步重耕用于 5G);
● 2G 和 3G 網絡將逐步實現退網,將頻率重耕用于4G和5G。
對于面向大眾市場的移動行業來說,目前尚未有合適的毫米波測試系統。由于各種新設備的不斷出現及未來出現的未知需求,開發更有效的驗證平臺對測試工程師而言是一項巨大地挑戰。
傳統5G設備(包括最新的毫米波組件)測試方法需要工程師使用一系列昂貴的大型臺式儀器進行手動測試。工程師亟需經濟高效的測試設備來針對新設備類型配置大量測試平臺,這些測試設備應具備以下特點:高度線性化;在極大的帶寬范圍中,具有緊密的幅度和相位精度;低相位噪音;廣泛的頻率覆蓋范圍,適用于多頻段設備;能夠利用其它無線標準測試是否共存。為了適應快速變化的測試要求,他們需要基于軟件的模塊化測試和測量平臺來覆蓋較寬的頻率范圍。
NI PXI矢量信號收發儀(VST)結合了RF和基帶矢量信號分析儀,具有1GHz瞬時RF分析帶寬或復雜I/Q 帶寬。VST不僅具備生產測試儀器的快速測量速度和小巧的外形結構,同時也兼具研發級臺式儀器的靈活性和高性能。憑借其高帶寬,VST可直接用于5G測試平臺,并適用于各種具有挑戰性的 測試用例,包括載波聚合5G波形的數字預失真以及4G和5G的帶內和帶間共存。
此外,得益于PXI 平臺的亞納秒級同步功能,測試臺可輕松增加更多的VST儀器,以支持MIMO配置的實現。
PXIe-5831毫米波矢量信號收發儀將頻率范圍擴展至毫米波
毫米波VST為5G毫米波設備測試工程師提供了最高可達5G 毫米波頻率范圍(FR2)的VST性能。毫米波VST采用經過驗證的VST架構,能夠以非常高的性價比提供更高的測量速度和毫米波性能。
毫米波VST支持多種頻率,工程師只需使用一臺儀器即可進行IF(5-21 GHz)和射頻(23-44 GHz) 測試,因此也可以在同一系統上靈活地連接許多新型DUT,并測試新技術。每個毫米波VST 均支持集成校準開關,用戶無需大量成本或大幅增加系統復雜性即可輕松擴展端口數量, 而且多個毫米波VST可集成到一個PXI系統中,從而進一步增加了測試臺的功能來測試 MIMO和相控陣列等新技術。
與其他標準和技術共存
隨著5G網絡的大規模部署,會考慮采用獨立5G系統單獨進行組網,這種情況下,雖然5G可以提供高速業務和更高的業務質量,但是在某些覆蓋不足的地方,仍可以借助LTE系統來提供覆蓋和容量,因此雙連接仍將是一個不可或缺的技術手段。
5G的初始部署可能采用非獨立組網模式(NSA),在這種模式下UE仍需要依賴LTE網絡進行鏈路控制,并使用5G連接作為高帶寬數據傳輸通道。
LTE系統中,處于雙連接模式下的UE,只在MeNB與MME之間存在一個S1-MME連接。提供S1-MME連接的eNodeB稱為主eNodeB(即MeNB),另一個eNodeB用于提供額外的資源,稱為次eNodeB(即SeNB)。每個eNodeB都能夠獨立管理UE和各自的小區中的無線資源。MeNB與SeNB之間的資源協調工作經由X2接口上的信令消息來傳送。
因此,工程師需要驗證5G新空口(NR)與帶內和鄰帶 LTE的共存性。5G系統將采用帶寬分塊(bandwidth parts)機制來實現5G和LTE信號的載波共享, 因而工程師需要使用間隔非常小的信號來驗證其設備的性能。
未來的NR規范將納入未授權頻譜的輔助授權接入(LAA)技術,作為聚合輔助信道。這意味著工程師必須測試其設備對特定未授權頻段的影響情況,以確保兩者之間的共存。同樣地,當UE包含符合各種標準的多個無線電收發器時,工程師必須進一步關注帶內和帶外信號的濾波和抗擾設計,以確保設備內不同標準的共存。
TX/RX 互易性
工程師在開發發射/接收系統時必須考慮的另一項重要因素是TX和RX路徑之間的互易性。例如, 當系統驅動發射功率放大器(PA)完全進入壓縮區時,該PA引入的幅移和相移(AM-AM和AM-PM 相應 )以及其他熱效將超過接收器路徑中低噪聲放大器(LNA)所引入的這些效應。另外,移相器、可變衰減器和增益控制放大器以及其他器件的容差可能導致信道之間的相移不均勻,從而 影響系統的預期相位相干性。