自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是5G、下一代WiFi、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的高頻測(cè)試的基礎(chǔ)，而數(shù)字步進(jìn)衰減器、移相器和信號(hào)發(fā)生器等可編程射頻設(shè)備則是這些系統(tǒng)的重要組成部分。在測(cè)試和測(cè)量5G和WiFi 6/6E系統(tǒng)時(shí)，需要進(jìn)行射頻網(wǎng)絡(luò)仿真，其中MIMO、切換和各種無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試使工程師能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測(cè)試下一代無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。本文將深入探討圍繞可編程射頻系統(tǒng)構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要考慮的不同因素。

一、多種測(cè)試系統(tǒng)

射頻網(wǎng)絡(luò)模擬器、切換測(cè)試系統(tǒng)、衰落模擬器和MIMO測(cè)試系統(tǒng)通常會(huì)利用可編程射頻組件矩陣，以便用傳導(dǎo)測(cè)試設(shè)備重現(xiàn)復(fù)雜的傳播環(huán)境。據(jù)切換測(cè)試系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)用于快速移動(dòng)的平臺(tái)上，如在多個(gè)基站范圍內(nèi)移動(dòng)的高鐵或飛機(jī)。在這些情況下，測(cè)試系統(tǒng)必須使用基于列車(chē)（或飛機(jī)）車(chē)載收發(fā)器的速度和設(shè)備與覆蓋該特定區(qū)域基站的相對(duì)位置的特定的衰減曲線(xiàn)。測(cè)試系統(tǒng)可以通過(guò)矩陣衰減單元的輸入模擬來(lái)自多個(gè)基站的下行鏈路，其中輸出的是到達(dá)收發(fā)器的最終信號(hào)。

如上圖所示，切換測(cè)試系統(tǒng)利用衰減器矩陣來(lái)模擬基站和車(chē)載收發(fā)器之間發(fā)生的快速衰落。在該設(shè)置中，基站提供輸入信號(hào)，然后根據(jù)要在輸出端或收發(fā)器處接收的衰落特性衰減輸入信號(hào)。

衰落模擬器必須有效模擬當(dāng)發(fā)射信號(hào)通過(guò)環(huán)境中各種傳播障礙物發(fā)生衰減和分散時(shí)的多徑衰落現(xiàn)象。在多徑衰落中，到達(dá)接收機(jī)的最終信號(hào)是以不同幅度和不同延遲的原始相位偏移。

根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對(duì)速度，也會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)或頻率偏移，在數(shù)學(xué)模型中，這些影響表現(xiàn)為信號(hào)振幅隨時(shí)間變化。這對(duì)于利用空間分集中的多徑效應(yīng)實(shí)現(xiàn)更可靠鏈路的MIMO系統(tǒng)的測(cè)試也至關(guān)重要，可以用可編程衰減器和移相器矩陣進(jìn)行模擬，以降低信號(hào)強(qiáng)度并使其同相移動(dòng)。

下圖中的測(cè)試設(shè)置中來(lái)自基站的射頻信號(hào)被饋入功率分配器，以將信號(hào)分成多個(gè)信號(hào)，信號(hào)數(shù)等于消聲室中探頭天線(xiàn)的數(shù)量。這些信號(hào)由單個(gè)移相器移相，然后由可編程射頻衰減器進(jìn)行衰減。相位和振幅調(diào)整后的信號(hào)從天線(xiàn)發(fā)出，被測(cè)設(shè)備測(cè)量每個(gè)天線(xiàn)的信號(hào)，并將數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步分析。與信道模擬器相比，利用可編程移相器和數(shù)字衰減器更具成本效益。

通過(guò)可編程移相器和衰減器陣列執(zhí)行的空間衰落仿真評(píng)估4x4 MIMO信道特性

WiFi和蜂窩系統(tǒng)的MIMO測(cè)試系統(tǒng)可能需要向MIMO設(shè)備發(fā)送脈沖測(cè)試信號(hào)，以便向多個(gè)測(cè)試天線(xiàn)發(fā)送多個(gè)信號(hào)，以測(cè)試傳輸數(shù)據(jù)的完整性。如下圖所示，其中測(cè)試天線(xiàn)配置為發(fā)送上行信號(hào)，MIMO DUT接收下行信號(hào)。在測(cè)試設(shè)置中，衰減曲線(xiàn)或更基本的信號(hào)衰減通常使用射頻衰減矩陣進(jìn)行，同時(shí)可以添加多路徑仿真器以便測(cè)量這些設(shè)備在各種射頻環(huán)境中的性能。

典型的MIMO測(cè)試系統(tǒng)中有一組測(cè)試天線(xiàn)，這些天線(xiàn)通過(guò)衰減矩陣進(jìn)行振幅調(diào)整，并饋入多路徑模擬器，然后輸出到計(jì)算機(jī)進(jìn)行最終分析。

這些測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，其中的基本可編程射頻設(shè)備數(shù)量可以按比例進(jìn)行調(diào)整，利用衰減器和/或移相器陣列，可以精確設(shè)置多個(gè)輸入信號(hào)。而且，由于軟件可編程性，這些系統(tǒng)可以在任何物理構(gòu)造之前進(jìn)行遠(yuǎn)程構(gòu)思和開(kāi)發(fā)。

二、射頻衰減矩陣設(shè)置

為了正確模擬真實(shí)環(huán)境，可切換和可衰減的射頻矩陣是必要的。這些系統(tǒng)包括一系列可編程數(shù)字衰減器，根據(jù)“衰減曲線(xiàn)”衰減通過(guò)它們的信號(hào)振幅。在這些系統(tǒng)的輸入端，功率分配器將輸入信號(hào)分割并傳輸至多通道數(shù)字衰減器的輸入端，然后衰減器將根據(jù)預(yù)先編程的衰減曲線(xiàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，并輸出到功率合成器，以產(chǎn)生最終輸出信號(hào)。

下圖顯示了“非阻塞”8x8切換矩陣的配置，使用分路器和合路器，以便同時(shí)將所有輸入端與所有輸出端連接起來(lái)。

8x8非阻塞衰減矩陣

這允許通過(guò)具有不同衰減曲線(xiàn)的不同輸出運(yùn)行輸入信號(hào)，或?qū)⒉煌妮斎胄盘?hào)運(yùn)行到相同的輸出。在MIMO系統(tǒng)中，這意味著具有不同天線(xiàn)數(shù)量的兩個(gè)設(shè)備可以通過(guò)射頻模擬器的任意輸入和輸出路徑連接。另一方面，阻塞開(kāi)關(guān)矩陣將使用輸入和輸出的開(kāi)關(guān)來(lái)“選擇”哪個(gè)輸入將對(duì)應(yīng)連接到哪個(gè)輸出。

三、系統(tǒng)建構(gòu)

可編程射頻測(cè)量領(lǐng)域傳統(tǒng)上主要由大型測(cè)試系統(tǒng)控制，其中所有開(kāi)關(guān)、衰減器、移相器、功分器及其所有相關(guān)連接封裝在機(jī)架式金屬外殼中。這種一體式測(cè)試系統(tǒng)既能滿(mǎn)足正在進(jìn)行的測(cè)試需要，也更能夠適應(yīng)未來(lái)的潛在需求。

構(gòu)建模塊化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足特定的測(cè)試要求，這使得測(cè)試設(shè)施能夠更容易地?cái)U(kuò)大（或縮小）其測(cè)試規(guī)模，并通過(guò)多次測(cè)試設(shè)置迭代來(lái)逐步優(yōu)化模塊化機(jī)架安裝系統(tǒng)。構(gòu)建大型測(cè)試系統(tǒng)的不同方法都有其優(yōu)點(diǎn)。預(yù)先構(gòu)建的大型機(jī)架安裝系統(tǒng)可能會(huì)減少特定測(cè)試的時(shí)間，然而，如果希望構(gòu)建一些更具體的功能，在組件層面構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)則是更優(yōu)選擇。通常情況下，測(cè)試系統(tǒng)的功能性（如帶寬、精度、分辨率、響應(yīng)時(shí)間）比其性能（如插入損耗、隔離等）更重要，能夠自定義這些測(cè)量數(shù)據(jù)以滿(mǎn)足應(yīng)用所需，使測(cè)試更為便捷。

四、Vaunix網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)矩陣式衰減器

Vaunix數(shù)字衰減器切換測(cè)試系統(tǒng)為微波測(cè)試臺(tái)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、功能強(qiáng)大、可靠性高和簡(jiǎn)便性。德思特提供一系列衰減器矩陣，可滿(mǎn)足獨(dú)特的無(wú)線(xiàn)切換測(cè)試要求，使復(fù)雜的5G、WiFi和Satcom天線(xiàn)模塊的切換和MIMO測(cè)試比以往任何時(shí)候都更輕松、更快捷、更具成本效益。

審核編輯 黃宇