Sub-THz 信道探测与 6G 测试台的 FPGA 定制
白皮书
用于 6G 研究的 Sub-THz 测试台
6G 研究尚处于襁褓阶段。国际电信联盟称为“网络 2030”的愿景还未最终定型。虽然业界距离启动标准开发尚有时日，但太赫兹以下（sub-THz）频率已经成为研究的重点。在 Sub-THz（100–300 GHz）或太赫兹（300 GHz–3 THz）频谱实现高吞吐量性能需要用到极大的调制带宽。
研究人员需要一个灵活且可以扩展的测试台，以便在 6G 演进的同时深入了解他们的设计具有怎样的性能。是德科技白皮书《用于 6G 研究的新 Sub-THz 测试台》介绍了适用于 D 频段（110–170 GHz）和 G 频段（140–220 GHz）的测试台，该测试台可通过误差矢量幅度（EVM）方法测量波形质量，调制带宽高达 10 GHz 占用带宽。高性能多信道设备和硬件与灵活的信号生成与分析软件相结合，可以帮助研究人员评测 6G候选波形。Sub-THz 频率存在许多未知特性。确定这些新频段和极限调制带宽可能达到的 EVM 系统性能水平就是其中一个关键的研究领域。信道特性则是另外一个未知因素。
达到 100 Gb/s 或以上数据速率可能需要使 用高符号率和大调制带宽，占用带宽可能高达 10 GHz。这些带宽受无线硬件和信道的影响，引入了非常大的线性幅度和相位损伤。自适应均衡器之类的接收机基带算法能够减轻这样的损伤。此外，您可能希望使 用多路输入/多路输出（MIMO）方法提高对信道的利用率，同时发 送和接收多个独立的数据流，实现更高的吞吐量。传输多个数据流除了需要使用 Sub-THz 频率的多个硬件信道 之 外，还需要新的空间编解码算法。最后，业界也在考虑实现 6G 认知无线电等先进能力。实现这些能力需要对动态空白感测算法以及共享频谱的多个用户之间的共存展开研究。
通过在受控的实验室环境中测试 Sub-THz 频率的基带算法，您能够以可重复和可控的方式评测许多场景，从而在外场部署之前经济高效地发现、诊断和调试潜在问题。本白皮书介绍了如何使用是德科技的 Sub-THz 测试台在 D 频段进行大带宽的 6G 信道探测研究。测试台使用信道探测信号生成与分析软件，以及用于测量波形质量 EVM 的硬件设备，展示了如何使用同一系统满足不同研究领域的测量需求。
接收机系统通常使用基带功能来减轻信道损伤。本白皮书介绍了如何定制测试台接收机的现场可编程门阵列（FPGA），从而在通过空中接口（OTA）信道传输大带宽信号的过程中评测实时基带算法。本文进一步展示了如何定制测试台接收机来实现实时自适应均衡器和比特误码率（BER）测量。然而，定制方法不止可用于这个应用软件，还使其他 FPGA 实施能够用于 6G Sub-THz研究和测试。
使用 Sub-THz 测试台进行信道探测
信道探测是测量信道对脉冲做出的响应。如果信道为线性且不随时间发生变化，您可以预测信道对输入的各种信号所做出的响应。系统将会计算对输入信号中每个脉冲做出的响应，并将输出响应加在一起，得到对信号的总输出响应。这个过程叫做卷积。
信道探测过程包含三个关键步骤 ：
- 将已知信号发往信道
- 捕获从信道发过来的信号
- 通过比较发射信号和接收信号来计算信道响应
图 1 显示了一个包含多个反射目标的自由空间环境。当天线将信道探测信号发送到这个环境中时，采集硬件会捕获到达接收天线的信号功率。您可以使用信道探测软件来分析信号功率。
6G 信道探测系统概况
图 2 显示了 D 频段的信道探测配置。该测试台还可以在 D 频段和 G 频段执行 EVM 测量。是德科技的 PathWave 信号 生 成 定 制 调 制 软 件负责 生 成信道 探 测 信号， 而是 德 科 技 的PathWave 矢量信号分析（VSA）软件负责对信号进行分析。该软件在 AXIe 嵌入式控制器PC――Keysight M8195A 65 GSa/s 任意波形发生器（AWG）――上运行。以下是设置测试台和信号流动过程的步骤 ：
- 使 用 PathWave 信号生成软件生成信道探测信号并将其下载到 M8195A 65 GSa/s AWG，从而创建 6 GHz 的调制中频（IF）信号。
- 使用 Virginia Diodes Inc.（VDI）公司1 的紧凑型 D 频段上变频器将 6 GHz 中频上变频至144 GHz，以便执行下一步。
- 使用发射喇叭天线将信道探测信号发送至安装了反射器的电波暗室。接收喇叭天线接收信道探测信号。
- 使用 VDI 紧凑型 D 频段下变频器将接收到的信道探测信号下变频到中频。
- 使用是德科技的 UXR 多信道高性能示波器捕获中频信号并对其做数字化处理。
- 使用 UXR 多信道高性能示波器的 PathWave VSA 软件采集数据，对数字化之后的中频信号进行信道探测分析。
配有功率分离器的单个 Keysight E8267D PSG 矢量信号发生器为 VDI上/下变频器提供低相位噪声本地振荡器（LO）。如果变频器需要进一步分开以便探测信道，您可以使用单独的信号发生器。
电波暗室内部
具有 9° 至 10° 波束宽度的喇叭天线通过空中接口传输和接收信道探测信号。放置在电波暗室内的反射器说明了图 3 中的多径效应。安装在 VDI 变频器顶部的激光指示器可以协助您将光束指向反射器。射频电波暗室内的两个反射器代表信道。测试台设备以及发射和接收天线位于电波暗室前方的桌子上。俯视图中的灰色矩形表示桌子，红色方框表示桌子上的仪器。反射器距离发射和接收天线分别为大约 1 米和 2 米。在探测信号传输期间，接收天线可以看到发射的信号在不同时间的两次主要反射。
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