功率放大器的線性度和功率效率對于5G設計的信號質量和電池壽命至關重要。但是，隨著系統移向毫米波頻率，用于功率放大器（PA）表征測試的傳統方法面臨越來越多的挑戰。用于執行特性測試的新調制失真方法保證了更簡單，更快和更準確的結果。

現代通信系統使用正交頻分復用（OFDM）波形進行數字信號解調。但是，OFDM波形缺乏線性，會在解調過程中產生錯誤，從而導致信號質量問題。組成設備（例如PA）的組件的低能效也會縮短電池壽命。但是，在保持設計高效率的同時，提高PA線性度是一項挑戰。由于轉向毫米波（mmWave）頻率和寬信號帶寬，因此在5G環境中，這一挑戰甚至更大，這兩者都使設計人員為優化設計而需要執行的特性測試變得復雜。

行業慣例

執行PA表征的常用方法包括兩個站。第一站使用矢量網絡分析儀（VNA）進行基本特性測量，例如S參數，增益壓縮，截點三階（IP3）以及有時的噪聲系數。第二站具有信號發生器和信號分析儀，用于生成誤差矢量幅度（EVM）和相鄰信道功率比（ACPR）測量，以及用于測量PA非線性的品質因數（FOM）（圖1）。首先使用VNA對設備進行測試，然后將其帶到另一個工作站。

圖1傳統上用于功率放大器表征的過程需要兩個步驟，首先是使用VNA，然后是信號發生器和分析儀。

由于5G使用毫米波頻譜的較高頻率（稱為頻率范圍2（FR2））和OFDM信號的較寬帶寬，因此5G使PA的EVM測量比過去更加困難。例如，使用傳統方法測量5G設備的EVM要求您首先使用信號發生器調制信號，該信號發生器具有針對5G新無線電（NR）的特定方案，其中包括前同步碼，導頻和數據。然后，您需要捕獲波形，使用特定方案對其進行解調，繪制星座圖，并測量理想星座圖和被測星座圖之間的誤差，以確定EVM。

但是殘留的EVM（即測試系統本身的EVM）在5G FR2情況下非常接近設備的EVM，這是因為其載波頻率很寬。捕獲的寬帶信號包括寬帶噪聲。信噪比（SNR）隨著帶寬的增加而降低。電纜損耗和高頻響應也有助于降低信號質量，并且高SNR使測試自動化變得困難。

調制失真設置

最近出現了一種新的執行PA表征的方法，該方法解決了傳統方法的缺點：調制失真。調制失真設置使用VNA和信號源在單個站點中提供了所有VNA測量以及ACPR和EVM（圖2）。

圖2用于PA表征的調制失真設置可在單個站中提供所有表征測量。

調制失真設置的第一步是生成稱為緊湊測試信號的激勵信號。VNA固件選擇原始波形的一部分以表示該波形的統計特性，然后使用磚墻式濾波器消除頻譜泄漏。盡管它僅使用波形的一部分，但壓縮測試信號的頻率簽名與父信號的頻率簽名相同。緊湊型測試信號的互補累積分布函數（CCDF）與父信號的互補累積分布函數可能略有不同，但是使用更長的測試信號會減小兩者之間的差異，從而對測量速度產生輕微影響。

用緊湊的測試信號激勵設備后，您可以使用頻域分析來測量設備的非線性。通過同時測量輸入和輸出，測量是一致的。此外，矢量校正有助于最大程度地減少測量系統中的不匹配引起的誤差。

在測量寬帶信號時，VNA數字轉換器的帶寬限制使您無法一次測量整個頻帶。為了應對這一挑戰，VNA每隔30 MHz測量一次帶寬，并移動其本地頻率以捕獲感興趣頻帶中的所有頻譜。

一種稱為頻譜相關的技術將輸出信號頻譜分解為線性和失真部分，這使得計算EOM和ACPR之類的FOM成為可能。根據帶內和相鄰帶的信道功率來計算ACPR。通過對測量結果中的帶內失真頻譜進行積分來計算EVM。從頻域計算EVM在數學上與從時域計算EVM在數學上是相同的，這可以通過Parseval定理進行解釋。

在傳統設置中，信號發生器和分析儀激勵設備，在時域中捕獲信號，并繪制星座圖以計算EVM。相比之下，調制失真設置會壓縮波形，重復壓縮后的測試信號，激勵設備，在頻域中捕獲輸入和輸出頻譜，然后將輸出頻譜分解為線性和失真部分，以計算EVM。

這種設置可以更簡單，并且更容易準確地表征功率放大器的失真貢獻，尤其是在寬帶應用中。寬的系統動態范圍可產生低殘留EVM，而VNA校準技術可在被測設備（DUT）輸入端實現高信號保真度。模塊化失真可在提高測量速度的同時提供一致的測量結果。

兩種方法的測量示例

讓我們看一些具體的測量示例（圖3）。

圖3比較了同一DUT的傳統（橙色）和調制失真（藍色）方法的功率掃描測量結果，表明后者的精度有所提高。

在此測量中，我們使用傳統方法（橙色）和調制失真方法（藍色）來表征相同的DUT。仔細表征功率輸出（Pout）[dBm]可以進行蘋果對蘋果的比較。

雖然兩種方法都針對100 MHz QPSK波形提供了相同的結果，但是當PA高度失真時，在高功率區域中100 MHz 64 QAM波形的結果略有不同。這種差異是由于符號跳過導致的常見錯誤的結果，而符號跳過僅在使用傳統方法執行解調時才會發生。

對于諸如64 QAM的密集星座圖，大于QAM星座圖差距的誤差會導致傳統設置的EVM被低估。400 MHz QPSK結果在高非線性區域也顯示出相同的問題。

在較低功率區域中，調制失真方法還可以提供更好的EVM結果，其原因是VNA的低本底噪聲。400 MHz 64QAM波形的測量結果相似。

圖4顯示了針對5G FR2 100 MHz 4CC信號的調制失真設置的其他測量示例。該設置將為每個載波計算EVM，并為整個頻段計算ACPR。

圖4使用調制失真方法進行的5G FR2 4CC信號測量顯示了每個載波的EVM和整個頻帶的ACPR。

圖5顯示了采用調制失真方法的脈沖測量示例。通過脈沖緊湊型測試信號作為激勵，您可以將測量結果與脈沖緊湊型測試信號同步，并觸發SMU同步偏置電壓。使用調制失真設置執行脈沖測量很容易。

圖5使用調制失真方法可以輕松地對5G NR 400 MHz信號進行脈沖測量。

5G是一項復雜的技術，但不必進行PA EVM測量。調制失真設置是執行PA EVM和ACPR測量的傳統方法的一種更簡單易用的替代方法，具有更高的準確性。

您可以通過查看Keysight點播網絡研討會調制失真：如何為5G進行高精度EVM測量來獲得有關該方法的更多信息并查看其他測量結果。

Jessy Cavazos是是德科技行業解決方案營銷團隊的成員。

編輯：hfy