应对 Wi-Fi/5G CPE 测试挑战

[{"insert":"固定无线接入 (FWA) 为快速部署宽带网络提供了一个有效途径。与安装光纤线路相比，通过无线方式进行固定位置通信不仅可以节省成本和时间，还可以提供大容量的宽带接入。在 4G 时代，长期演进 (LTE) 和全球互通微波接入 (WiMax)是部署 FWA 所采用的关键技术，但是与光纤到户 (FTTH) 相比，它们的传输速度和数据吞吐量还不够高。5G 要求使用更大的频谱带宽以及大规模多路输入/多路输出 (MIMO) 和其他技术来显著扩大容量。 \n5G 的推出为固定无线宽带市场带来了新的机遇。随着运营商不断推广 5G 网络，5G 固定无线宽带业务有望在未来几年加速进入商用。 \n "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/88a3837080e3ba4e.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 1. 5G FWA 系统 \n在 5G FWA 系统中（图 1），客户端设备 (CPE) 充当 5G 与 Wi-Fi 局域网之间的网关。它发挥 5G 网络用户终端的作用，由运营商负责进行身份验证和控制。在连接 5G 网络的链路上，CPE 从基站接收 5G 信号，然后将 5G 信号中的数据重新打包为 Wi-Fi 信号，反之亦然。在连接 Wi-Fi 基站的链路上，CPE 充当 Wi-Fi 接入点 (AP)，由用户负责管理并可由 Wi-Fi 设备接入。最终用户的 Wi-Fi 器件可以通过 CPE 接入的 5G 网络连接到互联网。\n在移动网络运营商向消费者推出 5G 宽带业务的同时，芯片和设备制造商也在 FWA 中发挥了积极的作用。他们提供不同类型的 CPE，包括室内和室外 CPE，覆盖 6 GHz 以下和毫米波 (mmWave)频段或 5G 新空口 (NR) 频率范围 1 (FR1) 和频率范围 2 (FR2)。 \n5G NR 信号既可以是 FR1 信号，也可以是 FR2 信号。每个频段都有其独特的优势，但也带来了不同的测试挑战，需要采用不同的测试解决方案和配置来分别测试。本文重点介绍了 5G FR1 CPE 的设计和验证测试 (DVT) 以及制造测试。5G NR FR1 在高数据吞吐量和覆盖范围之间实现了良好的平衡。尽管 5G NR FR2 部署会在将来大幅增加，但大多数 5G 商用网络也会使用较低的频率。 \n商用 Wi-Fi 6 CPE 即将出现巨大增长。Wi-Fi 6E 设备即将问世。这些器件在 6 GHz 频段中运行，美国为它们授予 1200 MHz 的宽大免许可带宽，使 Wi-Fi 能够继续为需要大量带宽的应用带来良好体验，同时加快与 5G 网络的连接。对于 5G 网络，3GPP 第 16 版不仅支持 Wi-Fi 和 LTE LAA 当前广泛使用的全球 5 GHz 免许可频段，还打开了进入 6 GHz 频段的大门。 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"5G CPE 射频测试要求 "},{"insert":"\nCPE 无线链路可以根据其内部数据处理和传输能力分为两个信道：免许可频段上的 Wi-Fi 信道充当AP，5G NR 信道充当用户设备 (UE)。工程师需要对 Wi-Fi AP 和 5G UE 以及两个无线标准之间的干扰和共存进行测试。测试配置如图 2 所示。 \n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/e46a2009ff1881ce.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 2. CPE 射频性能测试的配置页 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"Wi-Fi AP 测试要求"},{"insert":" \n为了满足消费者对数据吞吐量和性能的预期要求，Wi-Fi 技术已经在速度、时延和可靠性方面做出了升级。Wi-Fi 6/6E 是最新一代标准，使用 2.4 GHz、5 GHz 频段以及 6 GHz 频段中新授权的1.2 GHz 频谱运行。同时，电气和电子工程师协会 (IEEE) 802.11 工作组已经开始研究新一代WLAN 标准――IEEE 802.11be。该标准将支持最高 320 MHz 的带宽和最高 4096 正交幅度调制(QAM) 的调制方案。测试仪器需要支持所有 Wi-Fi 标准，覆盖所有频段，并为 802.11be 做好准备。 \n发射机测试的射频要求包括： \n• 发射功率 \n• 发射频谱模板 \n• 频谱平坦度 \n• 发射中心频率和符号时钟频率误差 \n• 调制精度 (EVM) \n接收机测试的射频要求包括： \n• 接收机最小输入灵敏度 \n• 邻道/非邻道抑制 \n• 接收机最大输入电平 \n这些测量要求涵盖 MIMO、多用户、调制和编码方案 (MCS) 等各种不同测试场景。 \n5G UE 测试要求 \nFR1 测量甚至还要求针对各种配置条件（包括可变子载波间隔和带宽、帧结构、MCS 和 MIMO）提供多频段覆盖范围以及对物理层的扩展验证。 \n发射机的关键测试要求包括： \n• 发射功率 \n• 输出功率动态、发射开/关模板 \n• 发射信号质量：频率误差、误差矢量幅度 (EVM)、本地振荡器 (LO) 载波泄漏 \n• 射频频谱发射：占用带宽、杂散发射、邻道泄漏比 (ACLR) \n接收机的关键测试要求包括： \n• 参考灵敏度 \n• 最大输入电平 \n• 相邻信道选择性 \n5G CPE 通常同时支持 4G 和 5G 网络，因此需要对 LTE 发射机和接收机进行测试。\n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"干扰 / 共存测试 "},{"insert":"\nCPE 在智能家居领域具有巨大的应用潜力，认识到这一点之后，许多制造商纷纷开发了各种智能家居功能并成功地将这些功能整合到他们的产品中。在不久的将来，CPE 会与"},{"attributes":{"italic":true},"insert":"蓝牙"},{"insert":"®、Zigbee 等智能家居技术整合。在有些场景中，这些技术使用的频段非常接近。例如，Wi-Fi、"},{"attributes":{"italic":true},"insert":"蓝牙"},{"insert":"® 和Zigbee 可以使用 2.4 GHz 工业、科学和医学 (ISM) 频段，而 5G 的 n41 频段使用的是 2.5 GHz 频段。除了 Wi-Fi 与 5G（以及 4G）之间的干扰外，工程师还需要考虑 Wi-Fi、蜂窝、"},{"attributes":{"italic":true},"insert":"蓝牙"},{"insert":"® 和Zigbee 之间的干扰和共存。您必须确保自己的器件最新法规对阻塞、共存和自适应测试的要求。 \n测试速度和测试成本对于打造成功的产品也至关重要。尽管新技术提出了更多的要求，我们还是要尽量控制成本的增长，这无疑是一个巨大的挑战。\n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"是德科技解决方案 "},{"insert":"\n介绍与特性说明 \nKeysight S8780A 无线设备测试解决方案包括多通道收发信机和测量软件，用户在 DVT 和制造过程中执行无线器件测试时离不开这些工具。S8780A 可以满足 802.11be、5G NR FR1 和"},{"attributes":{"italic":true},"insert":"蓝牙"},{"insert":"® 5.1等最新技术的测量要求。该解决方案可以同时测试多个器件，显著提高制造阶段的测试吞吐量。 \n主要特性： \n• 一个机箱内有 32 个满载信道、最多 4 个收发信机，并且收发信机的数量可以灵活配置 \n• 通过每个收发信机（矢量信号发生器 + 分析仪）上的 8 个全双工端口可以一次性连接所有被测器件 (DUT) 天线，所有端口均支持全部频段 \n• 通过信号广播可同时校准最多 4 个被测器件天线 \n• 覆盖最高 7.3 GHz 的频率（包括所有 802.11 频段），可扩展带宽高达 800 MHz。带宽可以在将来升级，用以测试 802.11be，无需移除实验室中、工作台上或生产线上的测试设备 \n• 通过排序快速执行测试计划 \n• 支持全部无线制式（WLAN、"},{"attributes":{"italic":true},"insert":"蓝牙"},{"insert":"®、蜂窝），无需使用其他硬件 \n图 3 所示为一个满载 S8780A 的端口。该解决方案可以测试具有最多 32 个端口的多个被测器件。 \n它的机箱内可以容纳 4 个独立的收发信机，每个收发信机有 8 个端口。您可以使用内部开关测试每个端口的信号。与使用传统仪器相比，您只需连接一次，即可校准和验证更多器件。\n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/6fa92e900302ea3a.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 3. 同时测试多个被测器件，提高测试吞吐量 \n安装了 WLAN 和 5G NR 测量应用软件的 S8780A 全面支持 5G CPE 器件测试，用户可使用这些应用软件进行信号生成和分析。序列分析仪软件让您能够校准发射机并快速测量射频性能，实现高测试吞吐量。 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"不同测试例的配置 "},{"insert":"\n我们提供了以下不同测试例的一些配置示例，其中使用一个 CPE 的 4x4 MIMO 功能实施 Wi-Fi 测试，使用 2x2 MIMO 功能进行 5G NR 测试。 \n例 1：校准和射频性能验证 \n在图 4 中，S8780A 同时校准并验证发射机和接收机的各个天线的性能。 \n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/4a6ff649a650dd9b.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 4. 用于校准和验证 CPE 射频性能的配置和测试方框图页 \n该配置使用第一个通道测试 Wi-Fi AP，使用第二个通道测试 5G UE。测试期间没有更改连接。 \nWi-Fi AP 发射机测试使用内部开关通过 4 个端口实施。WLAN 应用软件完成对每个天线的测量。这些测量包括发射功率、发射频谱模板、EVM 等。 \n在进行 Wi-Fi AP 接收机测试时，矢量信号发生器发送 WLAN 信号，并通过 4 个端口广播给被测器件。您可以先校准每个天线上的接收功率，然后再进行灵敏度测试。 \n该配置采用相同的步骤来执行 5G UE 收发信机测试，但使用的是在第二个信道上运行的 5G 测量应用软件。 \n利用 S8780A，您可以通过四个端口上的信号广播和内部开关为每两个收发信机校准和验证最多两个 CPE。您可以将第二个 CPE 连接到信道的其余端口。 \n例 2：MIMO 性能测试 \n图 5 显示的配置将用于对 WLAN AP 和 5G UE 进行 MIMO 性能测试。该系统使用多个信道来发送和接收多个空间分集数据流。在测试期间，您可以使用不同的测量应用软件。该配置不要求更改硬件连接。 \n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/e97e9dc80fde9c93.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 5. 对 CPE 进行 MIMO 性能测试的系统 \n对于 WLAN 发射机测试，该配置通过分析仪接收具有频率相干性的四个信号流，并将该信号发送给 WLAN 测量应用软件进行分析。图 6 显示了每个信号流的测量结果。\n "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/6aada1e60bee8880.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 6. Wi-Fi AP 发射机测试的 4x4 MIMO 性能测试结果 \n对于 WLAN 接收机测试，WLAN 测量应用软件将四个空间流的波形加载到四个信道上，然后由信号发生器通过频率相干的射频端口将它们发送出去。 \n2x2 MIMO 5G UE 测试只需要两个信道。5G NR 测量应用软件加载 5G NR 波形并分析 5G 信号。 \n例 3：干扰/共存性能验证 \n接收机干扰测试需要一个单独的信号发生器来发出干扰信号。这个信号可以是 WLAN、"},{"attributes":{"italic":true},"insert":"蓝牙"},{"insert":"®、LTE、5G NR 或 Zigbee 信号。 \n图 7 显示了一个 2x2 5G UE 的干扰测试系统。该配置使用两个信道来生成 MIMO 信号。第三台收发信机通过加载相应的波形来生成干扰信号。该系统不需要外部干扰信号发生器。您可以设置干扰信号的功率电平和频率。\n "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/8f784d10732efdf1.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 7. CPE 干扰/共存性能测试的配置 \n类似的配置可用于执行接收机阻塞测试和邻道选择性测试。 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"总结 "},{"insert":"\n随着全球宽带普及率不断提升，以及消费者纷纷采用需要宽带宽的多个互联设备，对高效 Wi-Fi/5G CPE 设备的需求不断增长。Wi-Fi 技术也在迅猛发展，加快了与 5G 网络的连通。CPE 市场将在未来几年飞速增长。是德科技的新型多通道收发信机 S8780A 已经准备就绪，可以帮助制造商应对他们在 CPE 设计验证和制造过程中面临的测试和测量挑战。该解决方案能让制造商保持充分的灵活性，同时实现更高的测试效率。 \n \n"}]