隨著通信業(yè)界對5G設(shè)備研究項目的開展,針對5G功放的寬帶數(shù)字預(yù)失真的測試需求逐漸增多,對此羅德與施瓦茨公司(下文簡稱R&S)提出了基于信號源SMW200A和頻譜儀FSW的數(shù)字預(yù)失真測試方案,這套儀表可以直接產(chǎn)生和分析帶寬高達(dá)2GHz的信號,適用于寬帶數(shù)字預(yù)失真測試。
1. 引言
目前5G研究項目逐漸變?yōu)橥ㄐ艠I(yè)界的熱點,與4G LTE信號相比,5G信號的載頻除了6GHz以下的頻段之外還增加了毫米波頻段,而5G信號的單載波信號帶寬也由4G時代的20MHz擴展到100MHz甚至400MHz。
針對5G信號帶來的變化,射頻器件廠商紛紛提出能夠與5G設(shè)備相對應(yīng)的各種射頻器件。在各種射頻器件中,功放器件的復(fù)雜度較高,而且作為有源器件,其射頻測試方案與其它器件相比也更為復(fù)雜,尤其功放的數(shù)字預(yù)失真測試是功放性能評估的一個重點項目。對此羅德與施瓦茨公司針對功放的寬帶數(shù)字預(yù)失真測試,提出了對應(yīng)的測試方案。
2. 寬帶功放數(shù)字預(yù)失真測試方案
2.1 功放預(yù)失真測試系統(tǒng)搭建及測試流程簡介
針對放大器測試,R&S除了可以提供傳統(tǒng)的測試工具網(wǎng)絡(luò)分析儀之外,還可以提供基于信號源SMW200A和頻譜儀FSW的測試方案。利用該方案,信號源和頻譜儀可以通過網(wǎng)線進(jìn)行通信,可以輕松實現(xiàn)對功放數(shù)字預(yù)失真的閉環(huán)測試,且可以實現(xiàn)多次迭代測試。這套方案可以對功放數(shù)字預(yù)失真前后的各種重要指標(biāo)如AM/AM、AM/PM、誤差矢量幅度(EVM)、鄰道泄漏比(ACLR)、1dB壓縮點、增益等進(jìn)行同時測試。儀表連接示意圖見圖1。
圖1 功放測試儀表連接示意圖
針對數(shù)字預(yù)失真測試,信號源SMW200A通過射頻輸出口提供激勵信號,信號經(jīng)過功放被放大之后產(chǎn)生失真并輸出,失真后的信號被頻譜儀FSW所接收,該信號被稱為“測量”信號;同時SMW200A也會通過網(wǎng)線將原始IQ數(shù)據(jù)直接發(fā)送給FSW,這個信號稱之為“參考”信號。頻譜儀的功放測量選件FSW-k18會把“測量”信號和“參考”信號做同步運算,得到兩者之間的差異,從而得到信號EVM等指標(biāo)。系統(tǒng)流程示意圖見圖2。
圖2 系統(tǒng)流程示意圖
2.2 功放預(yù)失真測試系統(tǒng)功能簡介
利用SMW200A和FSW組成的數(shù)字預(yù)失真測試系統(tǒng),可以支持目前主流的查找表模型以及多項式模型等,如圖3所示,就是FSW利用網(wǎng)線直接將AM/AM查找表和AM/PM查找表更新至SMW200A內(nèi)部,SMW200A利用得到的查找表產(chǎn)生帶有數(shù)字預(yù)失真的信號,經(jīng)過被測件之后,再由FSW進(jìn)行測試。
圖3 SMW200A和FSW數(shù)字預(yù)失真測試配置界面
除了常規(guī)的查找表以及多項式模型之外,R&S頻譜儀FSW還提供一種獨特的“直接”數(shù)字預(yù)失真(Direct DPD)測試方法。該測試方法不同于常規(guī)的方法,它沒有采用任何數(shù)字預(yù)失真模型,而是在FSW內(nèi)部采用對信號時域采樣點進(jìn)行逐點直接補償?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)實現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真,執(zhí)行完數(shù)字預(yù)失真補償之后的數(shù)據(jù)會被通過網(wǎng)線傳回給SMW200A并再次發(fā)射出來,信號經(jīng)過被測功放產(chǎn)生失真之后,再次由FSW捕獲后進(jìn)行逐點直接補償,該流程可被重復(fù)多次。簡而言之,這種“直接”數(shù)字預(yù)失真的測試方法就是不依賴于模型,而是對每個采樣點直接補償,且可以實現(xiàn)多次迭代進(jìn)而一步步實現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真優(yōu)化。該方法由于不依賴于現(xiàn)有的預(yù)失真模型,所以也無法輸出數(shù)字預(yù)失真模型參數(shù),但是可以讓用戶通過最簡單快捷的方式了解被測功放的“理想”預(yù)失真效果,而且該方法支持記憶效應(yīng)和頻響修正功能。這種“直接”數(shù)字預(yù)失真的逐點補償及迭代示意圖見圖4。
圖4 “直接”數(shù)字預(yù)失真方法的逐點補償及迭代示意圖
不管是“直接”數(shù)字預(yù)失真,還是基于模型的數(shù)字預(yù)失真,F(xiàn)SW都可以給出AM/AM、AM/PM、誤差失量幅度(EVM)、鄰道泄漏比(ACLR)等多項指標(biāo)。圖5三張圖是采用“直接”數(shù)字預(yù)失真的方式得到的測試結(jié)果,其中圖5a是數(shù)字預(yù)失真之前的測量結(jié)果,圖5b是經(jīng)過一次數(shù)字預(yù)失真后得到的測量結(jié)果,圖5c是經(jīng)過第二次數(shù)字預(yù)失真迭代之后得到的測量結(jié)果。從圖5三張圖的變化趨勢可以看到誤差矢量幅度(Raw EVM)從4%至0.9%再至0.7%持續(xù)優(yōu)化,鄰道泄漏比(ACLR)則從-35dBc優(yōu)化至-47dBc再至-50dBc,從測試曲線圖上來看,增益壓縮曲線(Gain Compression vs Input Power)隨著數(shù)字預(yù)失真迭代次數(shù)的增加線性區(qū)逐漸向高功率區(qū)域延伸,EVM曲線(EVM vs Input Power)也隨著迭代系數(shù)增加在高功率下實現(xiàn)了EVM優(yōu)化,AM/PM曲線(Phase Deviation vs Input Power)也隨著迭代系數(shù)增加變得線性度更好。
圖5a 數(shù)字預(yù)失真之前的功放測量結(jié)果
圖5b 經(jīng)過一次數(shù)字預(yù)失真運算后的功放測量結(jié)果
圖5c 經(jīng)過兩次迭代數(shù)字預(yù)失真運算后的功放測量結(jié)果
2.3 R&S數(shù)字預(yù)失真測試儀表性能
該測試方案主要由信號源SMW200A和頻譜儀FSW組成,可以幫助客戶快速的搭建一套放大器數(shù)字預(yù)失真測試測試平臺,可以支持不同的數(shù)字預(yù)失真模型(查找表,多項式),還可以支持R&S獨有的“直接”數(shù)字預(yù)失真測試方法,幫助用戶快速確認(rèn)放大器的“理想”預(yù)失真效果。此外,針對放大器測試,F(xiàn)SW配合SMW200A還支持包絡(luò)跟蹤放大器測試,進(jìn)一步擴展了這套方案的適用范圍。
該方案中采用的信號源SMW200A單臺儀表載頻可以支持到40GHz,信號帶寬支持2GHz,信號源內(nèi)置寬帶信號質(zhì)量優(yōu)化模式,這樣就保證了信號源產(chǎn)生的寬帶信號平坦度,圖6中可以看到SMW200A輸出的2GHz寬帶多音信號,利用頻譜儀FSW測到的2GHz之內(nèi)的幅度平坦度約為0.4dB,這就保證了功放的輸入信號的信號質(zhì)量。
圖6 SMW200A 2GHz寬帶多音信號幅度平坦度測試圖
該方案中采用的頻譜儀FSW單臺儀表載頻可以支持到90GHz,內(nèi)置2GHz分析帶寬,且FSW內(nèi)置的放大器測量選件可以直接通過網(wǎng)線對信號源SMW200A實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,進(jìn)一步簡化了測試的復(fù)雜度。這樣的話,SMW200A+FSW這種測試方案就可以支持2GHz帶寬,保證了用戶可以對寬帶高頻放大器進(jìn)行測試,按照數(shù)字預(yù)失真采樣帶寬為信號帶寬5倍的慣例,該方案可以支持對帶寬為400MHz的信號進(jìn)行理想的數(shù)字預(yù)失真測試。
有了理想的測試設(shè)備之后,還要考慮在放大器測試系統(tǒng)中,還可能包含射頻線纜、預(yù)放、衰減器、濾波器等各種附件,這些附件本身的幅度頻響和相位頻響也會影響放大器的測試。針對這種場景,R&S的信號源SMW200A和頻譜儀FSW都提供對應(yīng)的k544選件,該選件允許用戶將外部附件的S參數(shù)文件(SnP文件)導(dǎo)入到信號源和頻譜儀里面,儀表會在數(shù)字域?qū)ν獠扛郊念l響進(jìn)行實時修正,從而大大減少外部附件自身頻響對放大器測試的影響,示意圖見圖7。至于外部附件的S參數(shù),則可以提前利用網(wǎng)絡(luò)分析儀,功率計,頻譜儀等設(shè)備測量得到。
圖7 信號源和頻譜儀外部頻響實時修正方法示意圖
3. 小結(jié)
本文針對數(shù)字預(yù)失真測試,介紹了基于R&S公司信號源SMW200A和頻譜儀FSW的測試方案,該測試方案可以支持查找表、多項式等模式,同時還支持特有的“直接”數(shù)字預(yù)失真測試方案,讓客戶能夠簡單方便的得到放大器的“理想的”預(yù)失真效果。最后對測試儀表進(jìn)行了簡單的性能介紹,SMW200A單臺儀表即可在40GHz頻率內(nèi)支持產(chǎn)生2GHz帶寬的信號,F(xiàn)SW單臺儀表則可以在90GHz之內(nèi)對2GHz信號進(jìn)行分析,這兩臺儀表的寬帶特性非常適合用于寬帶數(shù)字預(yù)失真測試。
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