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，而數字步進衰減器、移相器和信號發(fā)生器等可編程射頻設備則是這些系統(tǒng)的重要組成部分。在測試和測量5G和WiFi 6/6E系統(tǒng)時，需要進行射頻網絡仿真，其中MIMO、切換和各種無線系統(tǒng)測試使工程師能夠在實驗室環(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)

射頻網絡模擬器、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，以便用傳導測試設備重現復雜的傳播環(huán)境。切換測試系統(tǒng)通常設計用于快速移動的平臺上，如在多個基站范圍內移動的高鐵或飛機。在這些情況下，測試系統(tǒng)必須使用基于列車（或飛機）車載收發(fā)器的速度和設備與覆蓋該特定區(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基站的下行鏈路，其中輸出的是到達收發(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。在該設置中，基站提供輸入信號，然后根據要在輸出端或收發(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)生衰減和分散時的多徑和衰落現象。在多徑衰落中，到達接收機的最終信號是以不同幅度和不同延遲的原始相位偏移。根據發(fā)射機和接收機之間的相對速度，也會出現多普勒效應或頻率偏移，在數學模型中，這些影響表現為信號振幅隨時間變化。這對于利用空間分集中的多徑效應實現更可靠鏈路的MIMO系統(tǒng)的測試也至關重要，可以用可編程衰減器和移相器矩陣進行模擬，以降低信號強度并使其同相移動。

下圖中的測試設置中來自基站的射頻信號被饋入功率分配器，以將信號分成多個信號，信號數等于消聲室中探頭天線的數量。這些信號由單個移相器移相，然后由可編程射頻衰減器進行衰減。相位和振幅調整后的信號從天線發(fā)出，被測設備測量每個天線的信號，并將數據輸出到計算機進行進一步分析。與信道模擬器相比，利用可編程移相器和數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設備發(fā)送脈沖測試信號，以便向多個測試天線發(fā)送多個信號，以測試傳輸數據的完整性。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。在測試設置中，衰減曲線或更基本的信號衰減通常使用射頻開關矩陣進行，同時可以添加多路徑仿真器以便測量這些設備在各種射頻環(huán)境中的性能。

典型的MIMO測試系統(tǒng)中有一組測試天線，這些天線通過開關矩陣進行振幅調整，并饋入多路徑模擬器，然后輸出到計算機進行最終分析。

這些測試系統(tǒng)的優(yōu)點在于，其中的基本可編程射頻設備數量可以按比例進行調整，利用衰減器和/或移相器陣列，可以精確設置多個輸入信號。而且，由于軟件可編程性，這些系統(tǒng)可以在任何物理構造之前進行遠程構思和開發(fā)。

射頻交換矩陣設置

為了正確模擬真實環(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字衰減器，根據“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字衰減器的輸入端，然后衰減器將根據預先編程的衰減曲線對信號進行衰減，并輸出到功率合成器，以產生最終輸出信號。

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行輸入信號，或將不同的輸入信號運行到相同的輸出。在MIMO系統(tǒng)中，這意味著具有不同天線數量的兩個設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，阻塞開關矩陣將使用輸入和輸出的開關來“選擇”哪個輸入將對應連接到哪個輸出。

系統(tǒng)構建

可編程射頻測量領域傳統(tǒng)上主要由大型測試系統(tǒng)控制，其中所有開關、衰減器、移相器、功分器及其所有相關連接封裝在機架式金屬外殼中。這種一體式測試系統(tǒng)既能滿足正在進行的測試需要，也更能夠適應未來的潛在需求。

構建模塊化系統(tǒng)來實現滿足特定的測試要求，這使得測試設施能夠更容易地擴大（或縮小）其測試規(guī)模，并通過多次測試設置迭代來逐步優(yōu)化模塊化機架安裝系統(tǒng)。構建大型測試系統(tǒng)的不同方法都有其優(yōu)點。預先構建的大型機架安裝系統(tǒng)可能會減少特定測試的時間，然而，如果希望構建一些更具體的功能，在組件層面構建測試系統(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、響應時間）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據以滿足應用所需，使測試更為便捷。

虹科HK-LDA-802-8數字衰減器是一種8通道高動態(tài)范圍、雙向、50歐姆步進衰減器，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驅動程序、Windows API DLL文件、Linux驅動程序、Python示例等。

特征

• 可靠且可重復的固態(tài)數字衰減
• 包括GUI、Windows和Linux SDK、LabVIEW驅動程序
• 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或可選以太網控制

應用

• WiMAX、3G、4G、5G、LTE、DVB、微波無線電衰落模擬
• 工程/生產測試
• 自動測試設備（ATE）