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5G毫米波和超宽带旌旗暗记的验证和测试

宣布时间:2015年10月20日 15:10    宣布者:看门狗
要害词: 5G , 毫米波 , 超宽带
作者: 李峰

摘要:第五代移动通讯系统完成超高数据传输目的的焦点手艺是接纳毫米波频段和高达500MHz-4GHz的超宽带旌旗暗记调制,远远逾越现在最新的4G和WLAN手艺所应用的频率规模和调制带宽,给现在的5G研究和产物开发提出了很年夜的寻衅,须要研发全新的器件、模块、基带、和射频微波系统,然则现在针对无线通讯手艺的尺度和验证和测试措施都是在6GHz以下的RF频段和160MHz以内的调制带宽,缺乏成熟有用同时具有一流性能目的的毫米波和超宽带旌旗暗记发生和旌旗暗记剖析手段。本文简介专门为5G先进手艺研究开发而设计的验证测试平台,基因此德科技SystemVue系统设计仿真软件,M8190A超宽带随便任性波发生器,E8267D微博矢量旌旗暗记发生器,N9040B UXA宽带矢量旌旗暗记剖析仪或63G实时示波器,可以直接发生和剖析高达4GHz带宽的5G物理层旌旗暗记,如FBMC等。该系统供应一种突变快速的超宽带硬件线性掉落真校订措施,使丈量系统完成了现在业界最好的矢量误差特点。该系统可用于协助5G物理层算法开发和验证、毫米波和超宽带器件和模块的设计和调试,5G信道建模和验证,早期的发射机和吸收机测试也验证,也可用过国防和航空航天、电子战、雷达等超宽带旌旗暗记发生与剖析,具有优胜的无邪性和可扩年夜性。

1、弁言: 现在5G面临的手艺研究和测实验证的寻衅

无线通讯的演进曾经履历了4代,最早泛起的是模拟通讯,只能传输语音营业,2G以GSM为主,主要传输语音和低速的数据营业,3G网罗WCDMA和TD-S等,泉源完成了移动互联网操作,推动了智能手机的普及,4G LTE完成了高速无线接入和富厚的多媒体应用,而5G将给无线通讯带来革命性的飞跃,5G的焦点目的就是要完成超高速的数据传输,传输速率到达几个G以致10G比特率,从而完全处置赏罚赏罚现在移动通讯的速率瓶颈。为了完成超高速数据传输的目的,5G须要接纳全新的无线传输手艺,由于频率资源和带宽效果,须要应用更高的频段,例如毫米波,调制带宽会从现在的几十M逾越到 500 M到3GHz,而且还会应用新的物理层手艺网罗调制编码和多址接入,以是针对5G要害手艺的研究和验证是现在的主要义务。

现在针对5G的研究和测实验证主要面临3年夜寻衅,首先是软件方面若何轻盈快捷地发生和剖析5G名堂旌旗暗记,第2是硬件能否实现在毫米波频段, 500 M到3GHz超宽带旌旗暗记的发射和吸收,第3是须要周全的验证和测试才干,好比系统级验证和软件硬件以致模块的验证和测试。

2、5G毫米波和超宽带旌旗暗记验证测试平台

为了应对5G带来的寻衅,赞助客户快速进入5G先进手艺研究开发,是德科技曾经构建了一套5G验证测试平台,基因此德科技SystemVue系统设计软件,M8190A超宽带随便任性波形发生器,E8267D微波矢量旌旗暗记发生器,N9040B UXA超宽带旌旗暗记剖析仪和90000系列高带宽示波器,可以直接发生和剖析毫米波频段逾越500M带宽的5G物理层旌旗暗记,如FBMC等,阻拦系统级和软硬件模块的验证和测试。该平台供应一种轻盈快速的超宽带硬件线性掉落真校订措施,使测试系统完成了现在业界最好5G发射旌旗暗记质量。该平台可以用于协助5G物理层算法开发和验证,毫米波和超宽带器件和模块的设计和调试,5G信道建模和验证,早期的发射机和吸收机测试和验证,应用异常普遍,具有优胜的无邪性和可扩年夜性。

2.1 基于SystemVue的5G FBMC参考库

基于SystemVue的W1906BEL 5G 基带法式模范模范库能够为 5G 手艺研究供应可急速应用的参考旌旗暗记处置赏罚赏罚用户专利设计,借助这个基带法式模范模范库,基带物理层设计职员可以年夜幅节俭时间提升使命效力,系统架构师、算法开发职员和基带硬件设计职员可以充实应用集成仿真情形,应用静态链路级场景研究、完成和验证通讯物理层旌旗暗记处置赏罚赏罚设计,也能够或许异常便利地重新设计参考发射机和吸收机,以取得最好性能,并于其他候选手艺设计阻拦较量。W1906BEL 5G 基带法式模范模范库网罗源代码、模子、子系统、仿真实例和基础组件,可以供应用于 5G 候选波形手艺FBMC的数字旌旗暗记处置赏罚赏罚模块,端到端物理层发射和吸收仿真模子,频率和时间同步,信道预计和修改,天生参考波形以验证射频电路设计,系统级性能验证和 BER/FER 测试,和毗连是德科技硬件仪表构建实物仿真和测试平台的才干。

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图1所示为FBMC与OFDM在完成上的差异。FBMC主要网罗符号映照,子载波映照,OQAM处置赏罚赏罚,IFFT,滤波器组处置赏罚赏罚,并串行转换等历程,与OFDM较量主要差异就在于OQAM和滤波器组处置赏罚赏罚。

OQAM处置赏罚赏罚将QAM旌旗暗记转换为Offset QAM,主要网罗2个法式模范,首先是将QAM符号从双数转为实部和虚部两个实数,而且采样率酿成2倍,然后与序列相乘,m代表Sub-channel,n代表聚会时间变量,OQAM处置赏罚赏罚是将QAM符号的实部或虚部做1/2符号周期的时间偏移,关于一连的Sub-channel,假定为m(偶数序号)和m+1(奇数序号),对Sub-channel m,QAM符号的实部做1/2符号周期的时间偏移,对Sub-channel m+1,QAM符号的虚部做1/2符号周期的时间偏移。OQAM处置赏罚赏罚的主要利益是可以降低旌旗暗记的峰均比PAR。

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上式为滤波器组输入S[m]表达式,其中也网罗了OQAM处置赏罚赏罚的部门。

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滤波器组的寄义是指第1个滤波器为原型滤波器,其它滤波器是经由历程对原型滤波器阻拦频移取得的。原型滤波器的特点由混叠系数K决议,混叠系数K可以表述为滤波器的冲激照顾时间与子载波符号周期T的比值,也是子载波符号在时域上混叠的数目,从图2中可以看到,K值越年夜,滤波器滚降越陡峭,然则混叠子载波旁瓣数目也越年夜,以是FBMC子载波之间存在滋扰,不是正交的,而OFDM可以看作是K=1的情形

W1906BEL在FBMC的发射机模子中还拔出了Preamble和Pilot旌旗暗记,在吸收机模子中基于Preamble和Pilot供应了时间和频率同步,信道预计和平衡修改,Pilot相位跟踪修改等功效,这样便可以完成与硬件仪表毗连构建现实的发射机和吸收机

2.2 验证测试平台的结构和组成仪表简介

图3所示的5G验证测试平台是将5G FBMC软件处置赏罚赏罚与毫米波和超宽带的硬件发射和吸收才干联络在一起,从而为业界供应完全地验证5G系统级性能的才干,同时也能够或许将正在研发的5G软件或硬件与平台联络,或替换平台中的模块,阻拦验证和测试

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SystemVue和前面简介的W1906BEL法式模范模范库组成了软件处置赏罚赏罚的部门,硬件平台分红旌旗暗记发生(发射机)和旌旗暗记吸收剖析(吸收机)。

发射机硬件由M8190A宽带随便任性波形发生器和E8267D PSG微波矢量旌旗暗记源组成。M8190A是基于AXIe架构的模块化仪表,每个M8190A可以供应两个通道差分旌旗暗记输入,每个通道具有8GHz采样率14bit量化或12GHz采样率12bit量化,5GHz模拟带宽,采样率可以无邪调剂,并内置数字上变频DUC功效。为了完成毫米波频段旌旗暗记发生,接纳两通道IQ输入形式。M8190A输入的两路IQ差分旌旗暗记送到E8267D PSG,调制到微波/毫米波的载波频率。E8267D PSG具有从250KHz到最高44GHz的频率规模,不只具有内置的基带旌旗暗记发生器,同时可以网罗宽带IQ旌旗暗记调制器,标称宽带IQ调制带宽为2GHz,现实测试注解E8267D PSG输入的IQ调制带宽现实超出2GHz,是以M8190A与E8267D PSG的组合是现在业界唯一能完全知足5G要害手艺请求的5G毫米波和超宽带旌旗暗记发射平台。

吸收机硬件可以选择N9040B UXA或90000系列高带宽示波器两种类型仪表,N9040B UXA是最新型旌旗暗记剖析仪,笼罩3Hz到26.5GHz频率规模,IQ解调剖析带宽和实时频谱丈量带宽都到达业界最高的510MHz,具有全带宽内14bit量化,IQ带宽内无掉落真静态规模逾越75dBc,相噪目的也到达了业界最高的-136dBm/Hz(1GHz载波,20KHz偏移),是兼顾5G宽带旌旗暗记吸收丈量和射频微波丈量精度静态规模的最好选择,90000系列高带宽示波器可以供应最高达63GHz的吸收和剖析带宽,可以知足更高带宽的须要

3、5G平台完成的验证和测试

3.1 5G毫米波超宽带旌旗暗记发生和线性掉落真校订

现在在这个5G毫米波和超宽带验证测试平台上曾经构建了笼罩5G主要带宽请求的发射旌旗暗记模子,网罗基于FBMC调制的500MHz带宽,1GHz带宽,2GHz带宽,3GHz带宽和4GHz带宽旌旗暗记,子载波调制要领网罗QPSK,16QAM和64QAM,载波频率最高可达44GHz,假定应用外混频要领,还可以支持更高的毫米波频段,例如E Band。图4所示的例子是该验证测试平台发生的载波频率为20GHz,调制带宽为4GHz,调制要领为16QAM的FBMC旌旗暗记,应用旌旗暗记剖析仪丈量OBW占用带宽,丈量取得的旌旗暗记99%积累功率占用带宽约为3.9GHz

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然则也能够或许看到图4所示的4GHz调制带宽旌旗暗记显着存在带内不平展情形,主若是宽带IQ调制器存在的线性掉落真,会显着影响发射旌旗暗记的矢量误差。为前进超宽带发射机的调制质量,该平台接纳了一种轻盈直接的矢量校订措施,首先发生一个可以笼罩使命带宽的宽带调制旌旗暗记,调制要领可以选择QPSK或16QAM,其中16QAM效果较好,然后接纳矢量旌旗暗记剖析仪解调丈量EVM,并经由历程平衡器盘算并提取频率照顾曲线的矢量值,然后再对基带旌旗暗记阻拦预掉落真处置赏罚赏罚。尺度的宽带16QAM旌旗暗记解协调平衡器盘算频率照顾的曲线以下图5所示

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经由宽带校订事实发生出来的旌旗暗记如图6所示,可以看到除子载波数字调制惹起的峰均比外,一切带宽内旌旗暗记漫衍较量平展

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3.2 5G收发信机系统级吞吐率验证

5G验证测试平台的焦点是经由历程软件和硬件构建了完全5G发射机和吸收机,是以可以完成较量周全的5G验证和测试,既可以做系统级性能验证,算法验证,也能够或许测试发射机和吸收机目的,还可以验证和调试5G元器件。系统级验证主若是经由历程误码率BER或吞吐率等目的来反映5G系统在种种参数条件和撒播条件下的性能,下面是两种尺度调制带宽和调制名堂参数系统在AWGN信道条件下的验证效果,其中应用的目的是吞吐率,系统物理层现实的峰值吞吐率盘算措施以下:

Throughput(bps)=Number of bits per frame/Frame duration

推敲误码率BER后的现实数据吞吐率盘算措施以下:

Throughput(bps)=(Number of bits per frame/Frame duration)x(1-BER%)

第1个实例是在20GHz载波频率和500MHz调制带宽验证了系统级吞吐率,旌旗暗纪录波频率为20GHz,调制带宽为500MHz,调制要领为FBMC 64QAM,AWGN信道,信噪比从0-20dB变换,图7所示为系统级吞吐率Throughput与信噪比SNR的关系曲线,可以看到吞吐率Throughput约为1.06Gbps到1.63Gbps

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第2个实例是在20GHz载波频率和4GHz调制带宽验证了系统级吞吐率,旌旗暗纪录波频率为20GHz,调制带宽为4GHz,调制要领为FBMC 16QAM,AWGN信道,信噪比从10-35dB变换,图8所示为系统级吞吐率Throughput与信噪比SNR的关系曲线,可以看到吞吐率Throughput约为7.4Gbps到9.3Gbps

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阻拦语

我们曾经经由历程5G验证测试平台完成了基于5G FBMC调制手艺,应用毫米波频率,逾越500M以致高达4GHz的超宽带旌旗暗记的发射和吸收,完成了靠近10G比特率的数据吞吐率。这套5G测实验证平台可以完全知足5G毫米波和超宽带手艺请求。

是德科技是现在行业唯一供应5G周全处置赏罚赏罚妄图,能够赞助客户应对5G测试和系统验证的寻衅。是德科技在软件方面推出了业界第1个5G仿真库,支持FBMC和Massive MIMO,在硬件方面曾经周全支持毫米波频段, 510 M以上的超宽带的旌旗暗记发射和吸收,同时供应系统级验证和测试才干,网罗误码率,EVM和吞吐率等。
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