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5G毫米波和超宽带功率放大器EVM测试的挑战和解决方案

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李峰

摘要：本文介绍了5G通信对测试提出的需求，并就是德科技的SignalOptimizer觅带测试平台进行了应用和实例分析。

关键词：5G；测试；SignalOptimizer

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.9.007

引言

目前5G已经成为整个无线通信行业的发展方向，5G将给无线通信带来革命性的飞跃。5G的主要应用场景是eMBB，即增强的移动宽带，核心目标是要实现超高速的数据传输，传输速率远远超出现在4G的水平，要达到lOGbps-lOOGbps，从而彻底解决现在移动通信的速率瓶颈问题。为了实现超高速数据传输的目标，5G需要采用全新的无线传输技术，由于频率资源和带宽问题，傳统无线通信所使用的6GHz以下的低频段无法达到这个目标，需要使用更高的频段，即毫米波频段，调制带宽会从现在的几十M跨越到500M，再到3GHz，而且还会使用新的物理层技术包括调制编码和多址接入，这也对无线通信设备的射频测试提出了更高的要求。

5G测试需求

为了更有力地推动5G毫米波技术试验和开发，工信部已经发布了关于5G频段的官方文件，其中毫米波频段包括24.75-27.5GHz和37-42.5GHz，而主流厂商所测试的信号调制带宽要求达到800MHz，这将大大加快5G毫米波技术在中国的发展进程。但是现在无线通信行业也面临着极大的挑战，由于缺乏用于基站和终端的能够支持毫米波和超宽带的射频器件，尤其是功率放大器PA，这使得国内5G毫米波技术大规模应用受到极大地限制。因此国内主要运营商、系统厂商以及半导体行业已经开始全力开发支持中国5G毫米波频段和800MHz带宽的PA产品。针对最先应用于基站的大功率PA需求，传统的CMOS工艺功率放大器无法提供足够高的输出功率，而砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）工艺的功率放大器能够在毫米波频段支持更高的发射功率和更大的调制带宽，所以受到行业的青睐。

由于5G毫米波和超宽带功率放大器还处于起步阶段，为了验证和确保新型的功率放大器能够满足5G无线传输的要求，无论是器件厂商还是基站系统厂商都需要在调试和最终系统测试阶段对产品进行大量射频参数测试，主要包括两类，第一类是传统的针对PA自身的器件参数，包括输出功率、增益、噪声系数和S参数/X参数等；第二类是根据无线通信系统标准针对5G宽带调制信号所要求的矢量误差EVM和邻道泄漏比ACLR等。而后者对测试平台的功能和性能要求更高更复杂，不仅需要支持各种灵活定义的数字调制格式和5G候选波形，支持灵活的信号产生和复杂的矢量信号分析，而且对仪表在毫米波和超宽带条件下的精度和动态范围提出了很大的挑战，其中超宽带条件下的EVM测试就是目前的一个难点。

SignalOptimizer宽带测试平台

我们通过大量试验发现，针对5G毫米波和超宽带PA的EVM测试与传统的3G/4G有很大不同，主要原因是毫米波和超宽带条件对仪表和附件所构成的测试平台的要求大大提高，由测试平台所引入的失真和误差会严重影响最终的测试结果。图1是一个通过是德科技M8190A+E8267D矢量信号源产生的超宽带信号的例子。

是德科技于2015年开始创建5G毫米波和超宽带无线通信的原型试验平台，基于SystemVue仿真软件进行了当时业界最早的超高速数据吞吐率试验，图1是这个原型机试验的实例，采用基于5G候选波形FBMC调制，通过是德科技M8190A+E8267D矢量信号源输出调制信号，载波频率为20GHz，调制带宽达到了4GHz，其物理层调制的数据传输速率达到了10-20Gbps。但是从图1的频谱曲线可以看出，整个4GHz范围不同频率成分的幅度有很大波动，远离中心频率的频率分离衰减增大，呈现明显的幅度不平坦，因为信号是由很多个子载波构成，这些幅度衰减的频率成分将使其所在的子载波的信噪比降低，导致EVM下降，虽然原型机平台可以依靠接收机信道均衡和纠错等措施仍然可以实现较高的吞吐率，但是如果用于PA或基站的射频测试，就会严重影响测试EVM的准确度图2是通过是德科技SignalOptimizer宽带测试平台测量宽度系统幅相特性的例子。

我们采用是德科技必威体育精装版推出的SignalOptimizer平台可以非常方便地测量超宽带系统的幅度和相位特性，在图2的例子里面，载波频率是26GHz，SignalOptimizer软件产生接近1GHz带宽的Multitone信号，然后通过分析仪测量1GHz带宽内的幅度和相位变化，可以看到未经过宽度校正的系统在1GHz带宽内的幅度波动超过4dB，相位群时延波动超过2ns，信号EVM是比较差的。

所以针对5G毫米波和超宽带PA射频测试中非常关键的一点就是测试平台本身必须具备宽带校