自動測試系統(tǒng)是5G、下一代WiFi、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的高頻測試的基礎(chǔ)，而數(shù)字步進(jìn)衰減器、移相器和信號發(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。在測試和測量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、切換和各種無線系統(tǒng)測試使工程師能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測試下一代無線系統(tǒng)。本文將深入探討圍繞可編程射頻系統(tǒng)構(gòu)建自動測試系統(tǒng)需要考慮的不同因素。

多種測試系統(tǒng)

射頻網(wǎng)絡(luò)模擬器、切換測試系統(tǒng)、衰落模擬器和MIMO測試系統(tǒng)通常會利用可編程射頻組件矩陣，以便用傳導(dǎo)測試設(shè)備重現(xiàn)復(fù)雜的傳播環(huán)境。切換測試系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)用于快速移動的平臺上，如在多個(gè)基站范圍內(nèi)移動的高鐵或飛機(jī)。在這些情況下，測試系統(tǒng)必須使用基于列車（或飛機(jī)）車載收發(fā)器的速度和設(shè)備與覆蓋該特定區(qū)域基站的相對位置的特定的衰減曲線。測試系統(tǒng)可以通過矩陣衰減單元的輸入模擬來自多個(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。

如上圖所示，切換測試系統(tǒng)利用衰減器矩陣來模擬基站和車載收發(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，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。

衰落模擬器必須有效模擬當(dāng)發(fā)射信號通過環(huán)境中各種傳播障礙物發(fā)生衰減和分散時(shí)的多徑和衰落現(xiàn)象。在多徑衰落中，到達(dá)接收機(jī)的最終信號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)之間的相對速度，也會出現(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)為信號振幅隨時(shí)間變化。這對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，以降低信號強(qiáng)度并使其同相移動。

下圖中的測試設(shè)置中來自基站的射頻信號被饋入功率分配器，以將信號分成多個(gè)信號，信號數(shù)等于消聲室中探頭天線的數(shù)量。這些信號由單個(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)整后的信號從天線發(fā)出，被測設(shè)備測量每個(gè)天線的信號，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。

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

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

典型的MIMO測試系統(tǒng)中有一組測試天線，這些天線通過開關(guān)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。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)思和開發(fā)。

射頻交換矩陣設(shè)置

為了正確模擬真實(shí)環(huán)境，切換射頻矩陣是必要的。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”衰減通過它們的信號振幅。在這些系統(tǒng)的輸入端，功率分配器將輸入信號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)先編程的衰減曲線對信號進(jìn)行衰減，并輸出到功率合成器，以產(chǎn)生最終輸出信號。

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。

8x8非阻塞衰減矩陣

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

系統(tǒng)構(gòu)建

可編程射頻測量領(lǐng)域傳統(tǒng)上主要由大型測試系統(tǒng)控制，其中所有開關(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。這種一體式測試系統(tǒng)既能滿足正在進(jìn)行的測試需要，也更能夠適應(yīng)未來的潛在需求。

構(gòu)建模塊化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)滿足特定的測試要求，這使得測試設(shè)施能夠更容易地?cái)U(kuò)大（或縮?。┢錅y試規(guī)模，并通過多次測試設(shè)置迭代來逐步優(yōu)化模塊化機(jī)架安裝系統(tǒng)。構(gòu)建大型測試系統(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)可能會減少特定測試的時(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)建測試系統(tǒng)則是更優(yōu)選擇。通常情況下，測試系統(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，能夠自定義這些測量數(shù)據(jù)以滿足應(yīng)用所需，使測試更為便捷。

虹科HK-LDA-802-8：200-8000 MHz頻率數(shù)字衰減器

虹科HK-LDA-802-8數(shù)字衰減器是一種8通道高動態(tài)范圍、雙向、50歐姆步進(jìn)衰減器，它提供120dB的衰減控制范圍，200-8000MHz，步長為0.1dB。衰減器可直接從附帶的圖形用戶界面（GUI）為固定衰減、掃描衰減和衰減曲線進(jìn)行輕松編程，或者對于希望開發(fā)自己界面的用戶，虹科提供LabVIEW驅(qū)動程序、Windows API DLL文件、Linux驅(qū)動程序、Python示例等。

特征

可靠且可重復(fù)的固態(tài)數(shù)字衰減

包括GUI、Windows和Linux SDK、LabVIEW驅(qū)動程序

可從GUI或SDK編程的衰減配置文件

可配置的靜態(tài)IP或DHCP

USB或可選以太網(wǎng)控制

應(yīng)用

WiMAX、3G、4G、5G、LTE、DVB、微波無線電衰落模擬

工程/生產(chǎn)測試

自動測試設(shè)備（ATE）

審核編輯：湯梓紅