5G-mmWave-Messungen

Das 5G-Versprechen einlösen

19. Januar 2022, 8:00 Uhr | Autor: Dylan McGrath / Redaktion: Diana Künstler | Kommentar(e)

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die richtige Balance finden

Blockschaltbild Signalanalysator
Alle Elemente des Testnetzwerks müssen berücksichtigt werden. Pfadverluste zwischen dem Prüfling (DUT) und der Messausrüstung verringern das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, englich signal-to-noise ratio), was es schwierig macht, genaue Messungen für Metriken wie EVM (Error-Vector-Magnitude; Fehlervektorbetrag), Nachbarkanalleistung und Störaussendungen durchzuführen.
© Keysight Technologies

Ein weiteres wichtiges Element, das sich auf die Genauigkeit von 5G-mmWave-Messungen auswirkt, ist der Eingangsmischerpegel. Die Einstellung des Eingangsmischerpegels eines Signalanalysators bietet einen Kompromiss zwischen Verzerrungsleistung und Rauschempfindlichkeit. Wie bereits erwähnt, ist das SNR bei 5G-mmWave-Signalen aufgrund von Breitbandrauschen und übermäßigen Pfadverlusten verringert, was zu schlechten EVM- und Nachbarkanalleistungsmessungen führt, die nicht die tatsächliche Leistung des Prüflings darstellen. Der Eingangsmischer des Signalanalysators kann als weiteres Tool helfen, die Herausforderungen von 5G-mmWave-Frequenzmessungen zu meistern. Die optimale Einstellung des Mischerpegels hängt von der Messhardware, den Eingangssignaleigenschaften und den Anforderungen an die Spezifikationstests ab. Es ist auch möglich, einen externen LNA an das Frontend des Signalanalysators anzuschließen, um den Eingangspegel des Mischers zu optimieren. Einige neue Signalanalysatoren enthalten einen LNA im Signalpfad, zusammen mit dem Vorverstärker. Dadurch können Anwender die Vorteile der Verwendung eines LNA zur Optimierung des Eingangspegels des Mischers nutzen, ohne dass externe Komponenten erforderlich sind.

Um die besten EVM-Messergebnisse zu erhalten, muss das Rauschen der Zwischenfrequenz (Intermediate Frequency, IF) des Signalanalysators so gering sein, dass es das SNR nicht weiter verringert. Das Eingangssignal am Digitalisierer muss hoch genug sein, aber nicht so hoch, dass es den Digitalisierer überlastet. Die optimale Balance zu finden, ist ein heikles Unterfangen: Es erfordert die optimale Kombination aus HF-Dämpfungsglied, Vorverstärker und IF-Verstärkungswert basierend auf dem Signalspitzenpegel. Neuere Signalanalysatoren ermöglichen es Anwendern, diese Hardware-Einstellungen auf Knopfdruck zu optimieren, um das SNR zu verbessern und gleichzeitig eine Überlastung des Digitalisierers zu vermeiden. Allerdings ist es oft notwendig, Einstellungen wie die IF-Verstärkung und HF-Dämpfungsglieder manuell zu optimieren, um die besten Messergebnisse zu erzielen.

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Komponenten im Signalpfad

Ein weiterer entscheidender Faktor, der für genaue 5G-mmWave-Messungen berücksichtigt werden muss, sind die Auswirkungen von Komponenten im Pfad zwischen dem Signalanalysator und dem Prüfling (DUT), denn sie können die Gesamtmessgenauigkeit des Signalanalysators beeinträchtigen. Die Messgenauigkeit wird noch wichtiger, wenn die Bandbreiten größer werden und die Frequenzen in den mmWave-Bereich ansteigen. Mit kleineren Fehlertoleranzen müssen Ingenieure Wege finden, um Frequenzgangfehler zu eliminieren, die bei unterschiedlichen Frequenzen auftreten und sich auf Phasen- und Amplitudengang auswirken. Signalanalysatoren bieten eine interne Kalibrierroutine zur Korrektur ihrer Frequenzgänge.

Kabel, Stecker, Schalter und Vorrichtungen im Signalpfad zwischen dem Signalanalysator und dem Prüfling können die Messgenauigkeit aufgrund von Frequenzgangfehlern beeinträchtigen. Die Verwendung verschiedener Amplitudenkorrekturkonfigurationen und komplexer Korrekturen kann helfen, Frequenzgänge zu korrigieren, wodurch ein genaueres Bild der Leistung des Prüflings entsteht. Signalanalysatoren ermöglichen die Konfiguration sowohl von Amplituden- als auch von komplexen Korrekturen, um Frequenzgänge zu korrigieren – obwohl ein leistungsstarker Signalgenerator oder ein Vektor-Netzwerkanalysator zur Kalibrierung des Testnetzwerks erforderlich ist. Die Verwendung eines Signalgenerators in Kombination mit einem Leistungsmesser und einem Sensor zur Amplitudenmessung und anschließender Eingabe der Korrekturwerte in den Signalanalysator ist eine effektive Methode zur Durchführung von Amplitudenkorrekturen. Neue Empfängerkalibratoren, die speziell für Signalanalysator-Empfängermesssysteme entwickelt wurden, bieten einen Transferstandard, der sowohl absolute Amplituden- als auch komplexe Betrags- und Phasenkorrekturen ermöglicht.

Genaue Messungen durchführen

Das Versprechen von 5G – insbesondere des mmWave FR2-Bands – ist eindeutig: Es bietet eine schrittweise Funktionssteigerung in Bezug auf Geschwindigkeit, Bandbreite und Leistung und wird letztendlich völlig neue Anwendungsfälle und Geschäftsmodelle ermöglichen. Aber die Arbeit mit mmWave-Frequenzen birgt Hindernisse, insbesondere mit Blick auf den Pfadverlust, die es schwierig machen, genaue, reproduzierbare Messungen durchzuführen. Das Verständnis und die Nutzung der verschiedenen HF-Signalpfad-Optionen eines Signalanalysators können helfen, diese Herausforderungen bei 5G-mmWave-Messungen zu meistern.

Dylan McGrath ist Senior Industry Solutions Manager bei Keysight Technologies


  1. Das 5G-Versprechen einlösen
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