測試基站和移動終端發(fā)射機和接收機首先仿真符合5G 新空口（NR）標準的信號。為了準確仿真信號，測試設備必須支持信道編碼和多天線配置，并且必須允許處理各種信號參數(shù)的多種組合，以支持復雜的測試設置。此外，測試人員還需要計量級參考信號，以便看到真正的被測器件特性。穩(wěn)定的測試系統(tǒng)支持為各種測試場景（從元器件表征、設計驗證和預兼容性測試到批量生產(chǎn)測試）生成測試信號。

本文總結(jié)的4個技巧將會幫助測試人員成功快速生成 5G NR 測試信號。

一、使用預配置的設置加速測試設置

3GPP規(guī)定了用戶設備（UE）和基站（gNB）的 5G NR 測試要求。下表列出了 UE 和 gNB 的最低測試要求和一致性測試的技術規(guī)范（TS）。

每個文件都規(guī)定了發(fā)射機特性、接收機特性和性能測試要求。另外：第1 部分規(guī)定的是傳導測試；第 2 部分規(guī)定的輻射測試；第 3 部分則規(guī)定了 NR UE 在頻率范圍 1（FR1，6GHz 以下頻率）和頻率范圍2（FR2，毫米波頻率）之間，或 NR 和 LTE 之間的互通。

圖1 顯示了 FR1 的 5G NR TM1.1。整個無線幀的圖形在左下角顯示。x 軸表示基于當前參數(shù)集的時隙，y 軸表示資源塊（RB）值。幀中使用的各種信道類型用不同顏色表示： 綠色表示下行鏈路共享信道（DL-SCH），淺綠色表示下行鏈路控制信息（DCI）。在右下角顯示的是詳細的 RB 映射，包括紅色的解調(diào)參考信號（DMRS）和綠色的物理下行鏈路共享信道（PDSCH）。預配置的設置可幫助您生成符合 3GPP 5G NR 標準的信號， 以便快速輕松地測試 gNB、UE 發(fā)射機和接收機，如右上方所示。

圖1：用于 5G NR 的 N7631C Signal Studio 軟件中的5G NR TM 配置

圖2 顯示了用于 gNB 接收機測試的上行鏈路 FRC。使用預配置工具之后，測試工程師接下來就只需要選擇測試類型，如接收機靈敏度和信道內(nèi)靈敏度，或者是特定測試用例的動態(tài)范圍，然后選擇具有特定子載波間隔的 FRC、資源塊數(shù)量、調(diào)制編碼方案和編碼率。

圖2：PathWave 5G NR 信號生成軟件的嵌入式用戶界面中的 5G NR FRC 配置

二、注意評估5G NR 波形

復雜的調(diào)制信號會產(chǎn)生更高的峰均功率比（PAPR），這可能導致被測器件（如放大器和混頻器）的非線性失真更高。測試工程師需要對生成的5GNR信號的功率電平進行統(tǒng)計分析。功率互補累積分布函數(shù)（CCDF）曲線能夠表征信號峰值超過平均功率電平的概率，并提供峰均功率比（PAPR）等關鍵信息。CCDF 幫助工程師了解給定信號在元件中產(chǎn)生非線性的概率，以及可能需要應用多少補償才能避免削弱信號峰值。使用信號發(fā)生器仿真數(shù)字調(diào)制信號時，要保證信號發(fā)生器不會使輸出信號飽和。

圖3：顯示了使用測試模型（TM）1.1 仿真具有 100 MHz 帶寬的 5G NR FR1 下行鏈路信號波形。

波形的PAPR 高達 19.5 dB。如果信號發(fā)生器的最大輸出功率為 +20 dBm。 則您使用信號發(fā)生器可以達到的最大幅度設置（平均功率）為 +0.5 dBm（20 – 19.5 = 0.5）。這可以防止信號發(fā)生器的功率放大器飽和。信號發(fā)生器需要一個高線性度、失真較小的輸出部分，以便生成 5G 信號。

三、信號源信道響應的校正

增強型移動寬帶（eMBB）是為 5G 定義的用例之一。它通過結(jié)合使用現(xiàn)有技術和新技術來實現(xiàn)預期的極高數(shù)據(jù)吞吐量，包括更寬的信道帶寬、載波聚合、高調(diào)制密度和多天線配置。5G NR 在 FR2 中的最大信道帶寬為 400 MHz，最大聚合信道帶寬（連續(xù)）高達1.2 GHz。通常情況下，隨著信道帶寬增加，信道平坦度降低。下表列出了新無線標準的最大信道帶寬和聚合帶寬。

大多數(shù)新型矢量信號發(fā)生器都支持內(nèi)部校準程序（也叫工廠校準），這個程序會在整個射頻頻率和功率電平范圍內(nèi)收集基帶和射頻幅度以及相位誤差的校正數(shù)據(jù)。校正數(shù)據(jù)包括應用于基帶波形的校正濾波器參數(shù)。校正處理由數(shù)字信號處理器（DSP）實時實施。

圖4 顯示了使用 400 MHz 帶寬并開啟內(nèi)部信道校正功能后，測量 5G NR 信號所得到的結(jié)果。幅度的頻率響應小于 ±0.1 dB，相位為 0.5 度，這表明其性能十分優(yōu)異。

圖4：400 MHz 帶寬下 5G NR 信號的頻率響應

校準對于保證測量系統(tǒng)產(chǎn)生準確結(jié)果至關重要。儀器與被測器件（DUT）之間的路徑中存在著電纜、元器件和開關，它們會產(chǎn)生平坦度誤差，從而降低測量精度。您必須將測量精度從信號發(fā)生器的輸出端口（參考面）擴展到被測器件的測試端口，如圖 5 所示。信號發(fā)生器和設備之間的任何網(wǎng)絡元件（電纜、連接器或夾具）都會影響信號的保真度。

圖5：信道校正必須考慮到網(wǎng)絡元件的影響

是德科技提供了一種測量校正模塊向?qū)С绦?，可以引導您完成對外部網(wǎng)絡（包括電纜、連接器以及介于信號發(fā)生器與被測器件之間的其他無源元件）的測量和計算校正。一旦表征了所需的拓撲結(jié)構，就可以將有效參考面移動到儀表/分析儀的連接點，從而從輸出信號中消除外部網(wǎng)絡的影響。

四、注意檢查帶外性能

數(shù)字調(diào)制使用幅度和相移，因此會產(chǎn)生一定的失真，這也稱為頻譜再生。

圖6 顯示了數(shù)字調(diào)制信號的頻譜再生（紅色）。頻譜再生在主信道外擴散。相鄰信道功率比（ACPR）測量可以檢查這種類型的失真；它測量主信道功率與進入相鄰信道的功率之比。在大多數(shù)蜂窩一致性測試規(guī)范中，ACPR 測量都是一項關鍵的發(fā)射機特征。要執(zhí)行 ACPR 測量，測試工程師需要使用失真極小的信號發(fā)生器，以生成符合特定標準的測試波形。

3GPP 5G NR 標準沒有定義用于正交頻分復用（OFDM）信號的特殊基帶濾波器。在實踐中，設計人員通過實施 OFDM 窗口化和基帶濾波，有效地降低了帶內(nèi)和帶外發(fā)射。對于功率放大器等 5G 射頻元件測試，Keysight Signal Studio 軟件提供基帶窗口化和濾波選項，允許您修改信號的誤差矢量幅度（EVM）和 ACPR 特征，如下圖 所示。

使用和未使用基帶濾波器時的5G NR 信號頻譜仿真

信號發(fā)生器需要更高的輸出功率電平，以補償毫米波頻率下過大的路徑損耗。但是，大功率信號可能導致信號失真，降低調(diào)制質(zhì)量（EVM）并產(chǎn)生頻譜再生（ACPR）。這就要求您優(yōu)化信號發(fā)生器的輸出線性度，最大限度降低高輸出電平時的相位噪聲，從而為 5G NR 測試提供最佳的 EVM 和 ACPR 性能。