一、面向未來下一代通信技術的射頻測試挑戰

移動通信網絡的發展如下圖所示，1G時代用模擬信號傳輸，實現了語音傳輸業務；2G時代，數字傳輸取代了模擬傳輸，人們能夠使用手機短信和手機上網；3G時代，移動通信進入了高速IP數據網絡時代，移動高速上網成為現實，大家開啟了音頻，視頻，多媒體的時代；4G時代開始了移動互聯網的全面發展時代，網絡能夠傳輸更高質量的視頻圖像；而隨著AR、VR、物聯網等技術的誕生與普及，5G應運而生，5G不再是一個單一的無線接人技術，而是多種新型無線接入技術和現有4G技術的集成，其應用場景十分廣泛。

總的來說，1G到4G主要解決了“人-人”間的網絡連接，實現了“溝通泛在”；5G網絡則打造了“人-機-物”工業互聯體系，正在推動“信息泛在”成為現實；而作為5G的延續，6G網絡將進一步使萬物的連接延伸至智慧層面，達到“人-自然-智慧”的連接與融合，實現“智能泛在”。

6G的目標是帶領人類進入泛在智能化信息社會，并融合通信、計算、感知、智能等建立起空天地海泛在移動通信網，實現全球泛在覆蓋的高速寬帶通信。相比5G網絡，6G最大的特點在于其全球泛在覆蓋所帶來的多樣化：數據來源的多樣化、應用的多樣化、通信手段的多樣化、計算的多樣化等，這使得6G網絡將具備以下特點：

● 更大信息容量

● 更高傳輸速率

● 更低傳輸時延

● 更大連接數量

● 更高頻譜效率

● 更高能量效率

而針對目前6G的系列特點，如需要實現更大的信息容量和高傳輸速率，在測試過程中會要求高速的數據傳輸，高速的數據采集；針對于更大的連接數量，在測試時需要考慮各個接入點之間的信號同步，仿真信道時需要進行大規模輸入輸出（MIMO）的仿真；針對高頻譜效率以及能量效率，6G提出了新興的技術——RIS智能超表面技術，在信道環境做文章，提高能力以及頻譜效率，但是如何測試RIS對信號的增強，反射角度等問題，也是一個嚴峻的測試挑戰。當然6G帶來的測試挑戰遠遠不止這些，在6G的發展帶來的一系列測試挑戰中，本文將重點針對衛星通信領域，雷達測試以及大規模MIMO測試來進行方案介紹。

二、衛星通信測試方案

（1）射頻高速采集測試方案

目前來說，6G衛星通信有望用于大容量數據傳輸，如衛星互聯網、遙感數據、衛星圖像傳輸等。這些應用需要高速數據傳輸來支持大數據的傳輸和分析。同時6G衛星通信將需要支持大量用戶和設備的連接，包括物聯網設備、傳感器、智能城市設備等。這些技術的實現需要高速數據傳輸以實現實時通信和數據交換，未來在測試中也不可避免的會需要高速的測試解決方案。

在6G時代，除了一些無線電信號，比如說eMBB+，URLLC+，mMTC+之外，還有很多ku,ka波段的衛星信號，或者是雷達信號需要進行高速的數字化采樣。但是他們通常都在射頻頻段，而數字化一般是對基帶信號進行采樣：

● 對于輸入的信號，需要先下變頻到基帶（或者是與數字化儀相匹配的頻段）

● 通過數字化儀數字化后，可以獲得射頻信號的數字信號。本方案提供的高速數字化儀采樣率高達5 GS/s，可支持1.5 GHz帶寬。

● 當信號數字化后，數據通過PCIe總線傳輸，可支持3.4 GByte/s的傳輸速率，同時提供SCAPP軟件選項，使用Nvidia的專業卡，搭配Linux系統，在不經過CPU的情況下，從采集卡中取出數據至顯存或直接利用CUDA核心進行運算處理，達到海量傳輸的效果。

● 數據上傳到PC端，使用TS SBench6軟件進行分析，可對采樣數據進行FFT運輸，信號包絡的觀察，直方圖等等分析。

（2）信號調制仿真測試方案

對于6G時代的數字調制技術，目前還在研究階段，具體的技術和標準尚未完全確定。然而，可以預期的是，6G將需要更高效、更復雜的調制方案來滿足其對于更高數據速率、更低延遲和更高可靠性的需求。這可能包括更高階的調制方案，以及新的、更有效的編碼技術。

針對調制的測試，TS任意波形和函數發生器提供前所未有的靈活性，為工程師提供不同類型的信號和數字調制以測試傳輸或接收的不同階段信號鏈，如調制器、解調器、混頻器、濾波器、放大器、低噪聲放大器（LNA）等：

● 生成比特流和觸發輸出信號（用于下一階段同步）以測試編碼器系統的行為。

● 生成在一個或兩個通道上提供的正交基帶信號，以測試具有不同參數（例如傳輸濾波器類型、噪聲水平）的信號的傳輸/接收。

● 生成IF/RF信號以測試混頻器、IF濾波器、發射器放大器和接收器級。

（3）RIS研究測試方案

在6G時代，RIS技術被認為是一種具有潛力得關鍵技術，它可以改變無線信道的環境，降低信道估計所需的導頻開銷，解決空間非平穩信道問題，提高波束訓練效果以及提高通信系統的性能，提升頻譜效率和能量效率。目前RIS技術仍然面臨許多挑戰，但是已經有許多工程師在進行RIS的研發，那在這個過程中，必不可少需要對RIS的性能進行測試

TS RIS測試方案，由TS便攜式高頻信號源，方向性極好的喇叭天線，以及接收靈敏度高優秀的TS手持式頻譜儀組成。支持兩種環境下的測試：

a、外場測試：

將TS高頻信號源連接到天線，接收天線連接TS手持式頻譜儀。高頻信號通過發射天線轉換成電磁波，并在接收天線轉換為信號后，通過頻譜儀測量到信號的功率。利用對比測試即可判斷RIS對信道的效果。

b、暗室測試：

當進行RIS的可調控反射角度測試時，可以在微波暗室使用德思特毫米波RIS測試方案，用信號源發生毫米波信號，操控RIS對電磁波的反射角，兩個天線置于弓形架中，把天線對準接收角度，再把天線移到不同的角度觀察信號功率強度的變化，以此進行測試。

c、測試案例——外場測試：

客戶選用了TS外場測試方案來對他們的RIS模塊性能進行測試。外場測試采用對比測試的方式進行，其中唯一的變量是有無毫米波液晶RIS，其它條件均一致。部署液晶RIS后，終端有20 dB（100倍）的信號增強。

三、雷達測試系統方案

雷達技術在6G中將可能成為重要的組成部分，用于智能感知和定位。雷達能夠通過探測目標、測量距離、速度和方向來提供環境感知數據。在6G的智能網絡中，這些數據可用于實現更高級的位置識別、環境感知和障礙物檢測，幫助設備更智能地理解周圍環境。雷達技術在6G中也有望與波束成形技術相結合，實現更精準的信號傳輸和接收。通過雷達的信號處理技術，可以實現更智能化的波束成形和定向傳輸，提高數據傳輸的效率和可靠性。

針對雷達方面的測試，我們提出了雷達信號發生以及雷達信號的數字采集測試兩個方案：

（1）雷達信號的發生：

在雷達系統開發過程中，脈沖發生器產生不同持續時間的脈沖信號，可以用來供應射頻調制鏈，以測試雷達接收器行為。

a、基本脈沖信號發生

TS PG-1000系列脈沖發生器可以通過設備圖形UI界面和觸摸屏幕顯示，輕松地創建具有不同脈沖寬度、頻率和幅度的脈沖。采用這種解決方案，可以節省開發脈沖系統的時間，研究人員可以將更多的時間精力集中在雷達設計和測試目標上。

b、脈沖/延遲發生器的多目標仿真

在主雷達系統中，往往通過細化系統測量信號的飛行時間，以計算雷達與目標的距離。距離計算公式為：距離（km）=（延遲時間（秒）/2）*3×10^5 km/s。其中，3×10^5 km/s是對光速的近似取值。由公式不難看出，發射信號和接收信號之間的延遲大小取決于距離長短。

在多個目標的情況下，通常會接收到多個信號，并且要求檢測系統能夠區分它們。TS PG1000系列脈沖發生器是測試雷達探測鏈的完美選擇，這并不需要完整的雷達系統和一些真實的目標就可以完成多目標仿真測試。

TS脈沖發生器的多脈沖模式提供具有不同持續時間和延遲的雙脈沖、三脈沖和四脈沖，模擬多目標的發送以及回波，可重復高達125 MHz，用于測試雷達探測系統的實時頻率操作。10 ps的分辨率和低于25 ps的抖動RMS提供了對射頻鏈預期延遲進行計數，以低于cm級別的分辨率用來模擬目標檢測所需的精度。

（2）雷達信號的采集測試

在6G時代，使用具有短占空比、多種調制類型和關鍵定時的脈沖波形的雷達信號需要提供高帶寬、比例采樣率、長存儲器和快速數據傳輸的測量系統。TS高速模塊化數字化儀非常適合采集和處理雷達信號。它們提供高帶寬、長采集內存和特殊采集模式，以最大限度地提高內存使用率，提供高速測量和高精度分析。

a、基本的脈沖調制

采用TS基于PCI的四通道8位數字化儀，帶寬為1.5 GHz，最大值為5 GS/s的采樣率，此帶寬和采樣率與直接采集VHF和較低的UHF雷達以及許多高頻雷達的中頻兼容，在下圖中，數字化儀使用2.5兆樣本（MS）以每秒5千兆樣本（GS/s）的最大采樣率采集了500 μs的數據。雖然下圖中僅使用完整內存采集了5個脈沖，但實際測試中可以采集超過8000個類似脈沖。

采集的信號在TS SBench6中顯示，同時進行采集的波形分析，比如說使用頻率測量功能測量信號的載波頻率，在上圖左側的信息窗格中顯示結果為1.000 GHz。以及許多數值分析工具，包括快速傅立葉變換（FFT）和有限脈沖響應（FIR）濾波，提取脈沖調制波形的包絡等。

b、調制脈沖采樣

調制脈沖采樣過程和上述基本脈沖的采樣是一樣的，例如下圖中顯示了線性掃頻雷達啁啾的示例。調制脈沖顯示在左側網格中，在脈沖期間，載波頻率從標稱998 MHz線性變化到1002 MHz。這在右側網格所示的FFT提供的頻域視圖中很明顯。

同時還可以采用相位調制來實現脈沖壓縮（下圖中最右邊圖像）。相位調制技術將脈沖分成多個段，每個段都以特定的相移進行傳輸。這些段的長度相等。相移的選擇由代碼確定。公共碼是二進制的，其中碼值根據碼序列在+1和-1之間切換，對應于0°和180°的相移。最常用的碼序列是巴克碼，它與其他序列的自相關性較低，并產生具有低旁瓣的頻譜。

而調制后的信號可以選擇在主機中（TS高速數字化儀）進行二次開發解調。可以使用第三方軟件，例如MATLAB或LabVIEW，甚至可以使用C、C++或Python進行自定義編程。我們提供了驅動程序和示例程序，以便將這些程序與其數字化儀連接起來。上圖最右邊圖像顯示了對采集的相位調制脈沖使用專有解調程序的結果。

c、多重記錄模式

為了應對雷達信號采集需要長采集內存的挑戰，TS高速數字化儀還提供多種采集模式，旨在有效地使用采集內存并減少采集之間的死區時間，從而節省存儲空間。該模式對于研究雷達操作中的脈沖到脈沖的變化非常有用。

多重記錄或分段模式如下圖所示，允許以極短的重新準備時間（在5 GS/s采樣率下約為6.5 ns）記錄多個觸發事件。用戶可以在段內對觸發前和觸發后間隔進行編程。采集的段數僅受所用內存的限制，在使用先進先出（FIFO）采集模式時不受限制。與多個觸發相關的重要數據存儲在采集存儲器中的連續段中。不記錄與事件之間的死區時間相關的數據。每個觸發事件都帶有時間戳，因此可以知道每個觸發的精確位置。

四、大規模MIMO測試方案

（1）多路信號同步采集：

在6G時代，MIMO（多輸入多輸出）技術將發揮至關重要的作用，實現分布式超大規模MIMO要將數據和信道狀態信息在參與傳輸的站點之間進行實時的交互，要求站點之間具有高速連接，且各個通道間需要具有很高的同步精度。針對信號同步的數字化采集需求，我們提出了多路信號同步數字采集的方案：

首先對多路信號輸入采集板卡或者說對MIMO系統信號的數字采集來說，往往需要非常多的通道，此時一張板卡的通道數可能不足以覆蓋所有的輸入信號。因此同步采集方案中提出了使用德思特特有的Star-Hub模塊，連接8塊數字化儀。例如，將8個M4i系列數字化儀與Star Hub連接在一起，可以創建一個最多有32個完全同步通道的系統。Star Hub在所有板之間分配觸發和時鐘信息。因此，所有連接的板都使用相同的時鐘和相同的觸發器運行，任何通道之間都沒有相位延遲。所有觸發源可以通過邏輯或組合，允許所有卡的所有通道同時成為觸發源。多通道的能力允許數字化儀同時應用于多個通信通道，或創建用于天線和傳播研究的測量通道陣列。

（2）大規模無線衰落仿真

無線衰落仿真可以幫助通信工程師在設計和優化通信系統時考慮到多徑衰落及相關的解決方案。同時在實施新的通信方案之前，可能需要驗證其可行性。通過無線衰落仿真，可以預測新方案在實際無線信道中的性能，從而評估其可行性。

針對無線衰落仿真方案，我們提出以下解決方案，在信號輸入端，通常有各種各樣的信號，以及不同的信號可能需要不同的組合來進行無線衰落模擬，所以在信號輸入與衰減矩陣中，可以根據客戶應用，加上或者去掉此開關矩陣。信號通過衰減矩陣時，可以通過編程，任意衰減每一通道的信號強度，以此模擬信號幅度的衰落。

測試案例

客戶需要測試他們多端口WIFI信號接收模塊的性能，使用衰減器模擬環境中信號的衰減，當路由器信號被衰減器衰減后，信號通過天線或者線纜到接收測試模塊，客戶通過編程衰減曲線，模擬真實衰減，同時測試當前信道情況的WIFI信號的數據傳輸速率。

五、總結

在面向6G/星地融合的高速測試解決方案的探索中，我們深入研究了射頻測試的挑戰、衛星通信測試方案、雷達系統測試方案以及大規模MIMO測試方案。這些方案不僅提供了對6G技術的深入理解，也提供了一種全新的測試方法，使大家能夠更好地應對未來的挑戰。

總的來說，6G將帶領我們進入一個全新的時代，這個時代將充滿無限的可能性和機遇。然而，要實現這些目標，需要有強大的測試工具和方法。TS高速測試解決方案為工程師提供了這樣的工具和方法，使工程師能夠更好地理解和應對6G的挑戰！

審核編輯 黃宇