5G测试:调制失真方法可加速功率放大器的表征
- 2020-11-13 17:39:00
- 技术管理员 原创
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功率放大器的线性度和功率效率对于5G设计的信号质量和电池寿@ 命至关重要。 但是,随着系统移向毫米波频率,用于功率放大器(PA)表征测试的传统方法面临越来越多的挑战。 用于执行特性测试的新调制失真方法保证了更简单,更快和更准确的结果。
现代通信系统使用正交频分复用(OFDM)波形进行︻数字信号解调。 但是,OFDM波形缺乏∞线性,会在解调过程中产生错误,从而导致信号质量问题。 组成设备(例如PA)的组件的电源效率低下〇,也会缩短电池寿命。 但是,在保持设计高效率的同时提高PA线性度是一项挑战。 由于转向毫米波(mmWave)频率和宽信号带宽,在5G环境中,这一挑战甚至更大,这两者都使设计人员为优化设计而需要执行的特性测试变得复杂。
行业惯例
执行PA表征的常用方法包括两个站。 第一站使用矢量网络分析仪(VNA)进行基本特性测量,例如S参数,增益压缩,截点三阶(IP3)以及有『时的噪声系数。 第二站具有信号发生器和信号分析仪,用于生成误差ζ 矢量幅度(EVM)和相邻信道功率比█(ACPR)测量,以及用于测量PA非线性的品【质因数(FOM)( 图1 )。 首先使用VNA对设备进行测试,然后将其◇带到另一个工作站。
图1
传统上用于功率放大器表征的过程需要两个步骤,首先是使用VNA,然后是信号发生器和分析仪。
由于5G使用毫米波频谱的较高频率(称为频率∮范围2(FR2))和OFDM信号的较宽带宽,因此5G使PA的EVM测量比◣过去更加困难。
例如,使用传统方法测量5G设备的EVM,要求您首先使用信◥号发生器调制信号,该信号发生器具有针对5G新无线电(NR)的特定方案,其中╳包括前同步码,导频和数据。
然后,您需要捕获波形,使用特定方案对其进行解调,绘制星座图,并测量理想星座图和被测星座图之间的误差,以确定EVM。
但是残留的EVM(即测试系统本身的EVM)在5G FR2情况下非常接近设备的EVM,这是因为其载波频率很宽。
捕获的宽带信号包括宽带噪声。
信噪比(SNR)随着带宽的♂增加而降低。
电缆损耗和高频▽响应也有助于降低信号质量,并且高SNR使测试自动化变得困难。
调制→失真设置
最近出现了一种新的执行PA表征的方法,该方法解决了传统方法的缺点:调制失真。
调制失真设置使用VNA和信号源(
图2
)
在单个站点中提供所有VNA测量以及ACPR和EVM
。
图2
用于PA表征的调制失真设置可在单个站中提△供所有表征测量。
调制▲失真设置的第一步是生成称为紧凑测试信号的激励信号。
VNA固件选择原始波形的一部◎分以显示该波形的统计特性,然后使用砖墙◤式滤波器消除频谱泄漏。
尽管它仅使用波形的一部分,但压缩测试信号的频率签名与父信号的频率◣签名相同。
紧凑ω型测试信号的互补累积分布函数(CCDF)与父信号可能略有不同,但是使用更长的测试信号会减小两者之间的差异,从而对测量速度产生轻微影响。
用紧凑的测试信号激励设备后,您可以使用频域分析来测量设备的非线性。
通过同时测量输入和输出,测量是一致的。
此外,矢量校正有助于最大程度地减少测量系统失配引起的误差。
在测量宽带信号时,VNA数字化仪的带宽限制使↑您无法一次测量整个频带。
为了应☆对这一挑战,VNA每隔30 MHz测量一次带宽,并移动其本地频率以捕获感兴趣频带中的『所有频谱。
一种称为频谱相关的技术将输出信号频谱分解为线性和失真部分,这使得●计算EOM和ACPR等FOM成为可能。
根据带内和相邻带的信道功率计算ACPR。
EVM是根据测量结果对带内失真频谱进行积分计算得出≡的。
从频域计算EVM与从时域计算EVM在数学上是相同的,这可以通过
Parseval定理
进行解释
。
在传统设〖置中,信号发生器和分析仪激励设备,在时域中捕获信号,并绘制星座图以计算EVM。
相比之下,调制失真设置会压缩波形,重复压缩后的测试信号,激励设备,在频域中捕获输入和输出频谱,然后将输出频谱分解为线性和失真部分以计算EVM。
这种设ぷ置可以更简单,并且更容易准确地表征功率放大器的失真贡献,尤其是在宽带应用【中。
宽的系统动态范围可产生低残留EVM,而VNA校准技术可在被测设备(DUT)输入端实现高信号保真度。
模块化失真可提供一致的测量结果,同时提高测量速度。
两种方法的测量示例
让我们看一些具体的测量示例(
图3
)。
图3
比较了▆同一DUT的传统(橙色)和调制失真(蓝色)方法的功率扫描测量结果,表明后者的精度有所提高。
在此测量中,我们使用传统方法(橙色)和调制失真方法(蓝色)来表征相同的DUT。
仔细表征功率输出(Pout)[dBm]可以□ 进行苹果对苹果的比较。
虽然两种方法都为100 MHz QPSK波形提供了相同的结果,但是当PA高度失真时,在高功率区域中100 MHz 64 QAM波形的结果略有不同。
这种差异是由于符号跳过导致的常见错误的结果,而符号跳过仅在①使用传统方法执行解调时才会¤发生。
对于诸如64 QAM的密集星座图,大于QAM星座图差距的误差会导致传统设置的EVM被低估。
400 MHz QPSK结果在高非线性区域显示相同的问题。
在较低功率区域中,调制失真方法还提供了更好的EVM结果,其原因是VNA的低本底噪声。
400 MHz 64QAM波形的测量结果相似。
图4
显示了针对5G FR2 100 MHz 4CC信号的调制失真设置的其他测量示例。
该设置为每个载波计算EVM,并为整个频段计算△ACPR。
图4
使用调制失真方法进行的5G FR2 4CC信号测量显示了每个载波的EVM和整个频带的ACPR。
图5
显示了采用调制失真方法的脉冲测量示例。
通过脉冲紧凑型测试信号作为激励,您可以将测量结果与脉冲紧凑型测试信号同步,并触发SMU同步偏置电压。
使用调制失真设置执行脉冲测量非常容易。
图5
使用调制失真方法可以轻松地对5G NR 400 MHz信号进行脉冲测量。
5G是一项复杂的技术,但不必进行PA EVM测量。
调制失真设置是执行PA EVM和ACPR测量的传统方法的一种简单得多且易于使用的替代方法,具有更高的ζ准确性。
您可以通过查看Keysight点播网络研讨会``
调制失真:如何为5G进行高精度EVM测量''
来获得有关该方法的更多信息并查看其他测量结果
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