原创如何实现5G和WiFi 6E网络？如何部署可编程测试系统？（一）

 2022-4-7 09:23  1295 9 9 分类: 通信文集: 射频测试

众所周知，用于引入5G和WiFi 6E无线网络的技术在频谱使用、组件等方面具有革命性的发展，为了满足5G关键性能指标，必须在之前的蜂窝基础设施上实现技术的迭代改进。

5G和WiFi 6的许多技术改进主要是围绕各种形式的多输入多输出（MiMo）的使用，随着这些技术的广泛采用，人们需要准确地了解这些信号在各种环境中的表现。从带有阶跃衰减器、放大器、合路器和分路器的小型机架式开关矩阵，到大规模MiMo（mMiMo）测试，这些测试系统对于网络架构师全面了解复杂传输环境中5G NR信号的功能至关重要。本文将提供对现代无线体系结构的各种关键因素的理解，并介绍测试和开发这些系统的一些新思路。

准确了解5G或WiFi 6设备在一系列潜在传播环境中的功能对于部署无线基础设施至关重要，灵活的切换和MiMo测试系统对于确保可靠连接同样至关重要。

背景

无论信号环境如何，都需要在网络拓扑、基站技术和回程架构方面进行创新。在尝试连接到蜂窝网络时，有几个环境因素会显著影响用户体验：

自由空间路径损耗
干扰
从多径或阴影中消失
快速移动终端
手机发射塔的地理可达性

信号在自由空间中传播的固有路径损耗随着频率的增加而显著增加，这一直是为密集城市地区服务的小单元设施所面对的问题。毫米波信号不仅在具有更高大气吸收的自由空间中会快速衰减，而且几乎无法像其它波长更长、低于6GHz的信号那样在物体周围发生绕射，毫米波信号散布在变化很小甚至相对光滑的表面上，并在大多数物体中完全衰减。

这就需要使用适当的信道空间来进行视距通信和波束成形，以实现精确的波束对准。要实现信号连接还需要使用微波回程基础设施、深光纤安装，以及非地面5G基站（卫星），来将连接延伸到偏远农村地区。

到2025年，物联网设备总数预计将达到270亿台，而移动设备数量预计将达到182.2亿台，不断增加的设备拥塞带来的干扰是设备制造商持续关注的问题，自干扰消除、动态频谱共享（DSS）和远程干扰管理（RIM）等技术旨在最大程度上解决这些问题。即使是多用户MiMo（MU-MiMo）和大规模MiMo（mMiMo）也都会受到共信道干扰的影响，这需要近乎完美的信道状态信息（CSI），或者评估从发射机到接收机的信号退化情况，包括散射、衰减和功率衰减。

环境障碍是渠道建模中不可忽略的一个因素，树木、建筑物和雨水都会导致信号衰弱，MiMo增强功能几乎包含在sub 6GHz和毫米波频率的具有大量天线元件和无线电架构的5G 3GPP设备中。WiFi 5或802.11ac是第一个引入多用户MiMo的WiFi标准，接入点（AP）现在能够向每个客户端形成多个波束，同时在下行链路中向每个客户端发送信息。WiFi 6以相同的MU-MiMo或空间复用原理运行，同时通过结合正交频分多址调制（OFDMA）、高阶正交幅度调制（1024-QAM）以及上行链路和下行链路MU-MiMo来提高网络性能。WiFi 6E将WiFi频谱扩展至6GHz频段（5.925-7.125GHz），开辟了更多频段来支持5G免许可NR（NR-U）部署。

测试

那么，我们如何模拟测试这些系统呢？切换矩阵是模拟环境对射频传输影响的主要设备之一，工程师在通过矩阵的每条路径上使用一系列功率分配器和组合器以及单独控制的可编程衰减器。

通过这种方式，每个输入信号都可以在不同的级别上进行衰减，例如，可以模拟自由空间路径损耗、衰落或设备离开信号源时的信号衰减。使用快速开关衰减器，可以对射频开关矩阵进行编程，通过在分配的时间范围内调整衰减值来模拟快速和慢速衰落、多径、干扰和一系列其他传播现象。

模拟移动衰落的真实世界效应，其中快速移动设备（例如，车辆、火车、飞机等）可能通过多个基站的覆盖区域，不同节点之间的衰减可以使用自由空间路径损耗模型或弗里斯方程计算来进行模拟。在这些系统中测试切换需要一个具有多个输入的切换矩阵，其中每个输入代表一个不同的基站，输出是接收设备。

在切换测试系统中，每个输入都与不同的基站相关，而输出信号则是指终端接收到的信号。大型开关矩阵可以接收大量输入或基站信号，并相应地进行衰减，以模拟高速列车、飞机或任何其他快速移动的车辆。

解决方案

可编程衰减器可以通过模拟电压调节进行控制，或通过带有串行接口的数字输入或GPIB进行控制，更现代化的设备则使用LAN端口或USB提供控制，使用以太网或USB减少了自动化测试的障碍，可以使用几乎任何PC或笔记本电脑进行控制。传统的衰落模拟通常依赖于高度复杂和昂贵的单设备测试解决方案，这些解决方案最终受到端口号、内部硬件和专有软件的限制。可编程射频仪器可利用外部连接计算机的操作系统生成自定义测试序列，或使用软件对其测试系统进行编程。

虹科USB控制的数字衰减器可以在用户的测试系统中直接从附带的图形用户界面（GUI）或其他程序（如LabVIEW、Linux、Python等）中轻松实现扫描衰减斜坡和衰减剖面。因为现代无线测试行业不断受到新版本、不断发展的规范和不断变化的技术的影响，这种可重构性变得至关重要。

虹科HK-LDA-802-8数字衰减器是一种8通道高动态范围、双向、50欧姆步进衰减器，它提供120dB的衰减控制范围，覆盖200-8000MHz，步长为0.1dB。衰减器可直接从附带的图形用户界面（GUI）为固定衰减、扫描衰减斜坡和衰减剖面进行轻松编程，或者对于希望开发自己界面的用户，虹科提供LabVIEW驱动程序、Windows API DLL文件、Linux驱动程序、Python示例等。

特征