在5G通信测试中，信号发生器需生成多种调制信号以覆盖不同场景下的性能验证需求，包括物理层特性测试、协议一致性验证、终端设备兼容性测试等。以下是5G测试中信号发生器需支持的关键调制信号类型及其应用场景：
一、基础调制信号类型
1. 单载波调制信号
- 应用场景：
- 验证射频前端（如功率放大器PA、低噪声放大器LNA）的线性度、效率及邻道泄漏比（ACLR）。
- 测试基站或终端的接收机灵敏度、动态范围及抗干扰能力。
- 典型调制方式：
- QPSK（四相相移键控）：用于控制信道（如PDCCH）或低速率数据传输，验证系统在低信噪比（SNR）下的可靠性。
- 16-QAM/64-QAM：用于中高速数据传输（如eMBB场景），测试高阶调制下的误码率（BER）和频谱效率。
- 256-QAM：5G NR新增的高阶调制方式，用于验证终端在良好信道条件下的峰值速率（如下行峰值速率可达10Gbps+）。
- 关键参数：
- 符号率（如30.72MHz对应5G NR子载波间隔15kHz）、滚降系数（如0.22）、峰值平均功率比（PAPR）。
2. 多载波调制信号（OFDM）
- 应用场景：
- 验证5G NR物理层（PHY）的OFDM波形生成与解调性能。
- 测试多用户MIMO（MU-MIMO）下的信道估计与均衡能力。
- 典型配置：
- 子载波间隔（SCS）：支持15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz（FR1频段）及960kHz、1920kHz（FR2毫米波频段）。
- 带宽：覆盖5G NR定义的带宽（如FR1频段最大100MHz，FR2频段最大400MHz）。
- 循环前缀（CP）：支持正常CP（4.7μs@15kHz SCS）和扩展CP（16.7μs@15kHz SCS），验证抗多径干扰能力。
- 关键测试：
- 频谱效率测试（如通过EVM测量验证调制精度）。
- 峰值吞吐量测试（如结合高阶调制和大规模MIMO）。
二、5G NR特有调制信号
1. 灵活帧结构信号
- 应用场景：
- 验证5G NR的灵活帧结构配置（如TDD/FDD切换、上下行时隙比例调整）。
- 测试低时延场景（如URLLC）下的时隙聚合和快速调度。
- 典型配置：
- 时隙格式：支持全下行（D）、全上行（U）及混合时隙（如DDDSU）。
- 子帧时长：可配置为0.5ms（15kHz SCS）或更短（如60kHz SCS对应0.125ms）。
- 关键测试：
- 端到端时延测量（如从基站发送到终端接收的空中接口时延<1ms）。
- 混合自动重传请求（HARQ）反馈时延测试。
2. 大规模MIMO信号
- 应用场景：
- 验证基站或终端的波束成形（Beamforming）性能。
- 测试多用户MIMO（MU-MIMO）下的空间复用增益。
- 典型配置：
- 天线端口数：支持32/64/128/256端口（基站侧）和2/4端口（终端侧）。
- 预编码矩阵：支持基于码本（Codebook）或非码本（Non-codebook）的预编码。
- 波束扫描：生成动态波束信号，验证波束跟踪和切换能力。
- 关键测试：
- 峰值频谱效率测试（如64T64R配置下可达20bps/Hz）。
- 用户间干扰抑制测试（如通过信道状态信息CSI反馈优化预编码）。
3. 毫米波（mmWave）信号
- 应用场景：
- 验证FR2频段（24.25-52.6GHz）下的高频信号生成与解调性能。
- 测试毫米波特有的相位噪声、路径损耗和大气吸收效应。
- 典型配置：
- 频率范围：支持n257（26.5-29.5GHz）、n258（24.25-27.5GHz）等毫米波频段。
- 带宽：最大400MHz（如8×50MHz载波聚合）。
- 波束成形：结合模拟波束成形（Analog Beamforming）和数字波束成形（Digital Beamforming）。
- 关键测试：
- 相位噪声测试（如通过EVM测量验证载波稳定性）。
- 路径损耗补偿测试（如通过波束赋形抵消高频衰减）。
三、协议一致性测试信号
1. 3GPP标准测试信号
- 应用场景：
- 验证设备是否符合3GPP 5G NR标准（如TS 38.141系列协议）。
- 通过认证测试（如GCF/PTCRB认证）进入市场。
- 典型信号：
- NR-FR1/FR2物理层测试模型：如TM1.1（单载波QPSK）、TM3.1（多载波64-QAM）。
- 射频一致性测试（RCT）信号：包括ACLR、阻塞特性、杂散发射等测试用例。
- RRM（无线资源管理）测试信号：用于验证小区搜索、切换和重选性能。
- 关键工具：
- 使用符合3GPP标准的信号生成软件（如Keysight SystemVue、Rohde & Schwarz WinIQSIM2）。
2. 信道模型仿真信号
- 应用场景：
- 模拟真实信道环境（如城市宏小区、室内微小区）下的信号传输特性。
- 测试设备在不同信道条件下的性能（如NLOS非视距传播、高速移动场景）。
- 典型模型：
- TDL（Tapped Delay Line）模型：支持静态到高速移动（如500km/h）的信道仿真。
- CDL（Clustered Delay Line）模型：用于毫米波频段的3D信道建模（如包含方位角和仰角扩展）。
- MIMO信道模型：结合空间相关性矩阵（如Kronecker模型）生成多天线信道。
- 关键参数：
- 多普勒频移（如500Hz对应500km/h移动速度）、时延扩展（如1μs对应城市环境）、角度扩展（如10°对应定向波束）。
四、实际应用案例
案例1：基站射频性能测试
- 测试目标：验证基站PA的ACLR性能。
- 信号配置：
- 调制方式：64-QAM。
- 带宽：100MHz（FR1频段）。
- 输出功率：+33dBm（峰值功率）。
- 测试结果：
- 通过频谱分析仪测量ACLR，要求≤-45dBc（相邻信道）和≤-50dBc（次相邻信道）。
- 若ACLR超标，需调整PA偏置电压或启用数字预失真（DPD）算法。
案例2：终端接收机灵敏度测试
- 测试目标：验证终端在低SNR下的解调能力。
- 信号配置：
- 调制方式：QPSK。
- 带宽：20MHz。
- 信噪比（SNR）：逐步降低至-10dB。
- 测试结果：
- 通过误码仪测量BER，要求在SNR=-10dB时BER<1e-5。
- 若BER超标，需优化终端的信道编码（如LDPC）或均衡算法。
五、信号发生器选型建议
- 关键指标：
- 频率范围：覆盖FR1（0.45-6GHz）和FR2（24.25-52.6GHz）。
- 带宽支持：最大1GHz（支持毫米波载波聚合）。
- 调制精度：EVM<0.5%（64-QAM@100MHz带宽）。
- MIMO能力：支持至少8×8 MIMO信号生成。
- 推荐型号：
- Keysight M9484C VXG：支持4GHz带宽和256×256 MIMO，适用于毫米波测试。
- Rohde & Schwarz SMW200A：支持1.2GHz带宽和8×8 MIMO，适用于FR1频段测试。
- Anritsu MG3710E：支持6GHz带宽和4×4 MIMO，性价比高，适用于预研阶段测试。
