5G宽带高精度幅相控制测试系统

Wideband, High-Resolution Phase-Amplitude Control Test System for 5G

刘伟，伟博电讯

大规模MIMO（mMIMO）幅相控制网络是5G射频技术的关键，然而目前市场上实现幅相控制的移相器和衰减器都是窄带的，典型带宽仅为200MHz，对Sub-6GHz频段，分辨率不超过7bit，毫米波频段为6bit。因此，构建覆盖全部5G频段的测试系统，需要大量的窄带设备和高昂的成本，且性能还不足以满足高精度测试的要求。本文介绍的宽带幅相控制模块在市场上具有最宽的带宽1.7-6 GHz和24-40 GHz及最高的分辨率和精度。两个模块分别覆盖5G的Sub-6GHz和毫米波频段，控制分辨率和精度可达0.1dB和1º以及0.2dB和2º，动态范围可达50dB和360º。这些幅相控制模块可用于构建波束赋形网络、大规模MIMO、OTA和多通道信号模拟器等测试系统。由于它们具有宽带、高分辨率、高精度等特点，构建各种测试场景变得简单、快捷，且可大大降低成本。

随着5G服务的商业化应用，市场对5G测试设备的需求迫在眉睫。5G和4G之间最显著的差异就是大规模mMIMO和毫米波技术的应用，并基于这些技术去实现宽带、大容量和高数据速率传输。5G测试应用包括模拟信号环境、多通道mMIMO评估、相控阵OTA波束赋形评估和自动化生产测试。由于4G测试方法和系统已经非常完善，所以将mMIMO和毫米波技术与现有测试技术相结合是开发5G测试系统的关键所在。

mMIMO要求对Sub-6GHz或毫米波频段的多路信号的相位和幅度进行精确和同步的控制，尽管市场上已有一些mMIMO信道模拟器和OTA测试产品，但它们往往存在以下缺陷：

精确度和频率覆盖范围—现有测试系统使用的衰减器和移相器与5G系统供应商使用的相同，这不满足测试设备应该具有更高精度的要求。按照测试理论，只有测试设备的精度高于被测系统的精度时，测试才是有效的。否则，很难保证测试结果的有效性。在6GHz以下，市场上的MMIC数控移相器和衰减器最小步进为1.4º和0.25dB，这意味可提供±2.8º和±0.5dB理论精度，实际产品的性能通常更差。在24GHz到40GHz频段，市场上则几乎见不到覆盖5G毫米波频率的MMIC数控移相器和衰减器。所见报道的产品步进分辨率只有5.6º和0.5dB，其精度则必差于±11.2º和±1dB理论值——这与5G所需的精度相差甚远。更大的问题是，这些产品几乎都是窄带的，通常只有200MHz带宽，故而构建覆盖全部5G频段的测试系统需要多个窄带系统，这无疑将是一项巨大的投资。

相位和幅度不是独立的—衰减器衰减时，相位将发生变化；当移相器调整相位时，衰减也将发生变化。在工作过程中，温度和信号幅度也会影响相位和衰减，使系统校准和温度补偿复杂化。要同时做到宽的带宽且精度高几乎是不可能的，这样的技术壁垒使得市场上大多数Sub-6GHzMIMO信道模拟器仅能模拟信号衰落，而无法同时调节相位或模拟信号路径。针对毫米波应用的MIMO信道模拟