在通信系統(tǒng)測試中，模擬多徑效應(yīng)（Multipath Effect）是驗證設(shè)備在復雜電磁環(huán)境（如城市、室內(nèi)場景）下性能的關(guān)鍵步驟。多徑效應(yīng)指信號通過反射、折射、散射等路徑到達接收端，導致信號幅度、相位和時延的隨機變化。通過信號發(fā)生器（Signal Generator）模擬多徑效應(yīng)，需從多徑參數(shù)配置、硬件連接、軟件控制、測試驗證四個層面系統(tǒng)設(shè)計。以下是具體步驟與技術(shù)要點：

一、明確多徑效應(yīng)的核心參數(shù)

多徑效應(yīng)的模擬需控制以下關(guān)鍵參數(shù)，以復現(xiàn)真實場景中的信號畸變：

二、信號發(fā)生器配置：從單徑到多徑的擴展

1. 基礎(chǔ)配置：單徑信號生成

• 步驟：
  1. 選擇信號類型：根據(jù)測試需求生成連續(xù)波（CW）、調(diào)制信號（如QPSK、16QAM）或5G NR信號。
  2. 設(shè)置中心頻率：例如，5G Sub-6GHz頻段設(shè)為3.5GHz，毫米波頻段設(shè)為28GHz。
  3. 設(shè)置輸出功率：根據(jù)接收端靈敏度調(diào)整（如-20dBm至+10dBm）。
• 示例：
  使用Keysight E8267D生成26GHz、256QAM調(diào)制信號，符號率100MSym/s，輸出功率0dBm。

2. 多徑信號擴展：多通道疊加法

• 原理：通過多臺信號發(fā)生器或單臺多通道信號發(fā)生器生成多路獨立信號，每路對應(yīng)一條多徑路徑，再通過合路器疊加輸出。
• 硬件連接：
  • 多臺設(shè)備方案：
    • 信號發(fā)生器1（通道1）：生成主路徑信號（直射徑）。
    • 信號發(fā)生器2（通道2）：生成反射路徑信號（時延Δτ=100ns，功率ΔP=-10dB）。
    • 使用合路器（Combiner）將兩路信號合并后輸出。
  • 單臺多通道設(shè)備方案：
    • 使用R&S SMW200A的4通道版本，直接配置通道1-4為不同多徑參數(shù)。
• 軟件控制：
  • 時延設(shè)置：通過編程控制通道2的信號啟動時間比通道1晚100ns（需信號發(fā)生器支持亞納秒級時延精度）。
  • 功率調(diào)整：在通道2的輸出設(shè)置中衰減10dB（如從0dBm調(diào)至-10dBm）。
  • 相位控制：若需模擬固定相位差，在通道2中添加相位偏移（如Δφ=90°）。
• 動態(tài)多徑模擬：

  • 時變時延：通過外部觸發(fā)或軟件腳本動態(tài)調(diào)整通道2的時延（如每1ms增加10ns，模擬移動場景）。

  • 隨機相位：使用偽隨機序列生成相位偏移（如Δφ在0°~360°間均勻分布）。

三、高級模擬技術(shù)：信道仿真器集成

對于復雜多徑場景（如3GPP 38.901定義的UMi、UMa、InH信道模型），直接配置信號發(fā)生器參數(shù)可能效率低下。此時可結(jié)合信道仿真器（Channel Emulator）實現(xiàn)自動化多徑模擬：

1. 信道仿真器的作用

• 預定義信道模型：內(nèi)置3GPP標準信道模型（如UMi-NLoS場景的時延擴展、功率延遲分布）。
• 實時參數(shù)調(diào)整：根據(jù)測試需求動態(tài)修改多徑數(shù)量、時延、功率等參數(shù)。
• 硬件加速：通過FPGA或ASIC實現(xiàn)高速信號處理，支持實時多徑疊加。

2. 與信號發(fā)生器的協(xié)同工作流程

1. 信號生成：信號發(fā)生器生成基帶或中頻信號（如2.4GHz IQ信號）。
2. 信道仿真：將信號輸入信道仿真器，配置多徑參數(shù)（如N=5，Δτ=[0, 50, 100, 150, 200]ns，ΔP=[0, -5, -10, -15, -20]dB）。
3. 上變頻輸出：信道仿真器輸出模擬多徑效應(yīng)的射頻信號（如26GHz），供待測設(shè)備（DUT）接收。

3. 典型應(yīng)用場景

• 5G MIMO測試：模擬8×8 MIMO系統(tǒng)中的多徑傳播，驗證波束賦形算法的魯棒性。

• 車載通信測試：模擬車輛高速行駛時多徑信號的時變特性（如fd=1kHz），測試接收機的多普勒補償能力。

四、測試驗證：確保多徑模擬準確性

1. 信號分析儀驗證

• 時域分析：
  • 使用示波器或?qū)崟r頻譜分析儀（RSA）觀察疊加后的信號波形，驗證時延差是否符合預期（如100ns時延對應(yīng)30m路徑差）。
• 頻域分析：
  • 通過VSA捕獲信號的功率延遲分布（PDP），檢查多徑功率是否按設(shè)定值分布（如主路徑0dB，反射路徑-10dB）。

2. 誤碼率（BER）測試

• 步驟：

  1. 將模擬多徑的信號輸入待測接收機。
  2. 接收機解調(diào)后與原始數(shù)據(jù)對比，計算BER。
  3. 對比無多徑（單徑）和有多徑場景下的BER差異，驗證多徑對系統(tǒng)性能的影響。

• 示例結(jié)果：
  在256QAM、符號率100MSym/s的系統(tǒng)中，無多徑時BER=1e-6，模擬3條多徑（Δτ=[0, 50, 100]ns，ΔP=[0, -5, -10]dB）后，BER升至1e-4，符合預期衰落特性。

五、常見問題與解決方案

1. 時延精度不足

• 問題：普通信號發(fā)生器的時延分辨率可能僅達1ns，無法精確模擬短時延多徑（如毫米波場景的Δτ=10ns）。
• 解決方案：
  • 使用支持亞納秒級時延的信號發(fā)生器（如R&S SMW200A的時延分辨率達0.1ns）。
  • 通過上變頻技術(shù)將基帶信號的時延擴展映射到射頻域（如基帶時延1ns對應(yīng)26GHz射頻時延26ns，但需校準）。

2. 相位噪聲干擾

• 問題：多徑信號疊加時，相位噪聲可能導致相位差測量誤差，影響快衰落模擬。
• 解決方案：
  • 選擇低相位噪聲信號發(fā)生器（如Keysight M8190A的相位噪聲<-130dBc/Hz@10kHz）。
  • 在信道仿真器中啟用相位噪聲補償算法。

3. 多普勒頻移模擬困難

• 問題：手動調(diào)整信號頻率模擬多普勒頻移效率低，且難以實現(xiàn)動態(tài)變化。
• 解決方案：

  • 使用信道仿真器的多普勒模塊，通過腳本控制fd的時變特性（如線性增加或正弦變化）。

  • 結(jié)合矢量信號收發(fā)儀（VST）實現(xiàn)閉環(huán)測試，實時反饋多普勒頻移對系統(tǒng)的影響。

六、總結(jié)：多徑模擬的關(guān)鍵步驟

1. 參數(shù)定義：根據(jù)測試場景確定N、Δτ、ΔP、Δφ、fd等參數(shù)。
2. 硬件配置：選擇多通道信號發(fā)生器或信道仿真器，完成信號生成與合路。
3. 軟件控制：通過編程或GUI設(shè)置多徑參數(shù)，支持靜態(tài)與動態(tài)模擬。
4. 驗證測試：使用信號分析儀和BER測試驗證多徑模擬的準確性。
5. 優(yōu)化迭代：根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整參數(shù)（如增加路徑數(shù)或優(yōu)化功率分配），直至滿足測試需求。

通過上述方法，可系統(tǒng)化地利用信號發(fā)生器模擬多徑效應(yīng)，為5G、車載通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的性能測試提供可靠支撐。