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丈量解决方案之毫米波无线回程

一套完整的毫米波测试和测量方案必须将用于毫米波元器件测试和校准的网络分析仪与最佳的信号生成和分析系统结合起来,准确地对通信链路( 例如发射机、

概述

回程在电信网络中具有无足轻重的的效果,它主要由核心网或骨干网与处于整个网络结尾的小型子网之间的中心链路组成。在微波移动/ 无线网络中有三种类型的回程:宏基站Macrocell、小基站small cell和femtocell。Femtocell 回程一般运用宽带接入技能,不在本运用攻略的评论规模内。Small cell 回程担任在室外smallcell 和连接到macro cell 回程网络的节点或连接到广域网(WAN)/互联网/ 城域网的节点之间传输数据。它包含两头的设备,以及中心的网格或串行设备。

现在有许多不同的回程技能可供运营商挑选,E-band 便是其间之一。这个频段频谱资源丰富,大气衰减相对较低,且在部分国家已具有频谱答应证,因而是现在微波回程的最佳挑选。在全球广泛布置的E-band点对点视距微波无线通讯体系 —又称为毫米波(mmWave) 无线通讯体系 — 在还未获答应的57-64 GHz 频段( 数据速率高达1 Gbps)、已取得答应证的71-86 GHz 频段和92-95 GHz 频段( 数据速率高达10 Gbps) 上作业。因而,十分适合在运用于人口稠密的城市环境( 间隔小于1 千米) 和市郊工业区环境( 间隔2 到5 千米) 中运用。商场剖析师也是依据这个重要优势,猜测在未来几年内,毫米波回程商场将会产生日新月异的开展,其间长时刻演进(LTE) small cell 回程越来越多地运用毫米波将起到重要的推进效果。

问题

有以下几个原因,促进运营商逐步过渡到E-band 回程。首要可在更高频段内供给更大带宽,并可供给一个具有极强方向性和简略操控的天线波束。此外,E-band 无线通讯体系的作业频段( 即60 GHz 和70-90 GHz)现在对商用事务和产品是敞开的。

虽然有这些优势,可是在向E-band 回程过渡时或许还会遇到许多规划和测验应战。例如,E-band 的波束宽度极窄,因而信号十分简略遭到建筑物的影响和大气搅扰。体系校准也极为困难。E-band 的功能还十分简略遭到雨水和氧吸收的影响。雨水会严重影响E-band 的无线电波传输,使得E-band 无线通讯体系不得不重复发送数据,以到达契合规范的服务等级; 甚至有或许导致服务中止。此外,E-band 回程测验处理计划的本钱也很高。

处理计划

跟着毫米波技能的不断开展,推进运营商从运用传统回程( 例如光链路和微波链路) 向E-band 点对点链路改变,赶快找到计划满意高频高带宽需求、且经济高效的测验丈量仪器火烧眉毛。这些处理计划关于保证E-band 回程体系的正常作业至关重要,一起还可应对上述应战。

一套完好的毫米波测验和丈量计划有必要将用于毫米波元器材测验和校准的网络剖析仪与最佳的信号生成和剖析体系结合起来,准确地对通讯链路( 例如发射机、信号途径和接收机) 进行测验和丈量。网络剖析仪有必要供给单次扫描才能,支撑全方位的毫米波端口功率操控,并支撑实在的差分丈量。另一方面,信号生成和剖析处理体系还应供给快速的丈量时刻和开关速度、超卓的可扩展性( 可以对东西进行量身定制,满意用户不断改变的测验需求)和灵敏性( 使它们可以支撑现有的和未来的制式)。

是德科技毫米波产品系列可以满意这一规范。这些产品包含毫米波网络剖析仪,以及信号生成、剖析和途径仿真全套计划。网络剖析仪适用于对同轴器材或晶圆中的毫米波器材进行表征、建模和参数提取,而信号生成/ 剖析处理计划则适用于毫米波通讯链路测验。

毫米波网络剖析仪

Keysight N5251A 单次全频段扫描10 MHz 至110 GHz 矢量网络剖析仪运用了毫米波操控器和一个宽带频率扩展器组合,供给1.0 毫米阳头测验端口输出连接器,可用作单一产品的处理计划。别的,它也可以装备运用PNA 或PNA-X 网络剖析仪组成更低本钱的处理计划。现有的N5227APNA 和N5247A 67 GHz PNA-X 用户只需增加N5261A/N5262A 测验操控器和宽带频率扩展器,即可进行单次扫描10 MHz 至110 GHz 丈量。

N5251A 毫米波处理计划是仅有集成有三轴向直流偏置设备(tri-axial biastees) 的宽带处理计划,经过在施加直流偏置的进程中对偏置信号的巨细进行监测可以准确地对被测器材的偏置状况进行操控。其广大的频率规模可完成超卓的时域分辨率,并运用户可以对被测件施加准确的功率电平,扫描1.0 毫米端口的功率。此外,N5251A 为同轴、各种夹具和晶圆上的器材供给了多种校准挑选。

为了进行高达1.1 THz 的S 参数丈量,可以运用由PNA 和PNA-X 网络剖析仪装备的各种分频段扩展毫米波处理计划。2 或4 端口OML 分频段扩展波导体系包含PNA-X 和OML 公司供给的频率扩展器,可掩盖50 GHz至500 GHz 的频率规模。依据丈量需求和所选用的频率扩展器类型,它可以装备/ 不装备操控器。可进行的详细丈量包含实在形式、时域、功率、功率扫描( 单一频率)、功率谱、互调失真和噪声系数等等。2 或4 端口VDI 分频段扩展波导体系用于进行THz 成像,可装备Virginia Diodes Incorporated (VDI) 公司供给的频率扩展器,将频率规模扩展至950 GHz。

这些分频段扩展毫米波处理计划运用内置的固化软件, 不管是运用PNA 仍是PNA-X 系列网络剖析仪都可以运用现已开发好的丈量运用软件进行丈量。不管丈量的频率规模是什么,用户都可以经过前面板对测验仪器进行手动操控,并可以运用鼠标拜访操作简略的下拉菜单。运用固化软件界面,用户可以轻松地在各频段之间进行切换。

网络剖析仪丈量示例

为了更好地了解怎么运用毫米波网络剖析仪进行丈量,以4 端口N5251APNA 网络剖析仪为例,它可以履行10 MHz 至110 GHz 的单次扫描丈量( 图1)。N5251A 可以操控并运用接收机稳幅才能,准确地设置1.0 毫米测验端口上的功率。它还支撑比如实在差分丈量、脉冲丈量和标量混频器丈量等运用,并可以灵敏地对晶圆上元器材进行单次触摸,完好表征被测件的特性。

图1. 以N5227A PNA 为根底构建的4 端口110 GHz N5251A 毫米波网络剖析仪的结构图。

N5251A 可以对功率进行准确操控,运用户在毫米波频率上丈量器材增益紧缩特性的作业更为简略。例如,图2 显现它在进行传统S 参数丈量的一起,还运用功率扫描进行了110 GHz 缓冲放大器丈量。

图2. 在77 GHz 上进行功率扫描增益紧缩丈量。

运用此N5251A 装备还可以轻松进行混频器丈量和功率谱丈量。图3a 显现了PNA 对75 至110 GHz 下变频混频器履行本振功率扫描的丈量成果,丈量频点设置在75 GHz 接连波上。运用PNA 的内置IM 频谱选件,可进行功率谱丈量。图3b 显现了在10 MHz 至110 GHz 频率规模内丈量110 GHz 缓冲放大器输入输出频谱的成果。

图3a. 在75 GHz 毫米波频率上进行-20 至+11 dBm 本振扫描的S21 绘图成果。

图3b.放大器在77 GHz上的输入/输出。运用PNA 的IM 频谱选件,可以在10MHz 至110 GHz 频率规模内对一切频谱功率元器材进行丈量。

毫米波信号产生器和信号剖析仪处理计划

毫米波信号生成、剖析和信号途径仿真,可经过Keysight M8190A 宽带恣意波形产生器(AWG)、PSG 信号产生器、PXA/EXA 频谱剖析仪以及装有86901B 矢量信号剖析软件的高功能Infiniium 系列示波器来完成( 图4)。以收发信机仿真为例。测验收发信机需求运用仿真的发射机和/ 或仿真的接收机。抱负情况下,两者都应该具有满足的灵敏性,可以在信号源端生成实在的失真,在接收机端对其进行补偿。运用M8190A 高功能恣意波形产生器(12 位,12 GSa/s 或14 位,8 GSa/s),用户可以创立这些类型的波形,作为信号源运用。矢量PSG 信号产生器可充任外置I/Q 调制器。在剖析仪端, 运用支撑63 GHz 实时频率带宽的Infiniium 示波器。配有160 MHz 射频剖析带宽的PXA 和/ 或EXA 以及是德科技智能混频器是另一种挑选—视信号带宽和频率而定。该测验处理计划还包含MATLAB ( 支撑定制信号生成)、Signal Studio ( 支撑LTE 等特定信号制式) 和89601B ( 用于信号剖析)等软件。

图4. 此结构图显现了可用于毫米波回程丈量和剖析的整体调制信号生成和剖析处理计划。

在对收发信机进行实践丈量时,首要由M8190A AWG 或Signal Studio 生成一个信号,再由Keysight E8267D矢量信号产生器和/ 或外部第三方上变频器对信号进行上变频并发送到被测件( 在本例中为60 GHz 链路)。接下来,运用外部器材( 例如是德科技智能混频器或第三方下变频器) 对信号进行下变频。

最终运用Infiniium 示波器或装有89601B 矢量信号剖析软件的PXA/EXA 对信号进行剖析( 图5)。

图5. 对收发信机的剖析成果将得到一个64QAM 星座图(3 GSamples/s),以及关于86 GHz 通讯链路的Q 眼图和I 眼图。

丈量成果总结

毫米波技能的不断开展,正推进回程从传统技能向更经济、大容量的E-band 点对点链路改变。可是,与这些链路有关的技能应战使得本已十分困难的规划和测验进程变得愈加杂乱。令人高兴的是,用于元器材测验的N5251A 毫米波网络剖析处理计划以及用于通讯链路测验的毫米波信号生成和剖析处理计划,将协助规划和测验人员轻松应对这些应战。它们可认为当时的工程师供给重要的东西,保证E-band 回程正常作业,从而协助此项技能不断开展和遍及。

强壮才能加速无线规划和测验

是德科技是无线测验职业的领导企业,致力于经过以运用为中心、针对现有和新式规范特别优化的测验丈量渠道,供给最高功能的无线器材和网络规划和测验。除了杰出的研制和现场支撑之外,是德科技还协助工程师在不断演进的无线职业中更好地剖析各种杂乱问题,加速产品的开发速度。

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