隨著第五代移動通信技術(shù)（5G）的持續(xù)商用和不斷演進，對第六代移動通信技術(shù)（6G）的研究和定義也已經(jīng)提上了議事日程。6G在萬物互聯(lián)、衛(wèi)星通信、通感一體、與人工智能深度融合等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。這些應(yīng)用場景要求6G在傳輸速率、通信時延、頻譜效率等性能指標上，相比5G要提升幾倍到幾十倍。
更多的互聯(lián)設(shè)備，更高的傳輸速率對頻譜帶寬提出了更大的需求。而亞太赫茲（90-300 GHz）頻段能提供豐富的頻譜資源，因此，對于亞太赫茲頻段的研究成為了6G通信技術(shù)研究中的一個熱點。
在NI已經(jīng)發(fā)布的6G亞太赫茲參考架構(gòu)解決方案中，集成NI和第三方的硬件實現(xiàn)了亞太赫茲單基（收發(fā)一體）測量系統(tǒng)。圖1是亞太赫茲單基測量系統(tǒng)的框圖。結(jié)合該參考構(gòu)架所提供的軟件，支持高達2GHz瞬時帶寬，可以快速進行亞太赫茲頻段寬帶信號的射頻測試測量，驗證系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標，例如EVM，頻譜平坦度，載波頻偏等等；或以此為起點，便捷高效地構(gòu)建定制化亞太赫茲測量原型系統(tǒng)。
在該單基測量系統(tǒng)中，上、下變頻頭使用同一個本振信號源產(chǎn)生的本振信號，VSG、VSA和本振源在同一個PXI機箱內(nèi)，共用同一個參考時鐘，因此，本振信號源的相噪影響在發(fā)射鏈路和接收鏈路相互抵消，對整個系統(tǒng)的性能影響較小，可以得到極小的載波頻偏，有利于提高EVM性能。
圖1 亞太赫茲單基測量系統(tǒng)框圖
為了驗證一些新興技術(shù)，例如通感一體中感知遠距離目標的位置和速度，發(fā)射機和接收機之間的距離可以從幾米到上千米不等。這類應(yīng)用更適合采用雙基（收發(fā)分置）測量系統(tǒng)。圖2是亞太赫茲雙基測量系統(tǒng)框圖。
圖2 亞太赫茲雙基測量系統(tǒng)框圖
對于雙基測量系統(tǒng)而言，由于發(fā)射機和接收機相距較遠，上、下變頻頭需要使用各自獨立的本振信號。此時，兩個不相干的本振信號的相噪在發(fā)射鏈路和接收鏈路上的影響無法相互抵消，對系統(tǒng)性能的影響表現(xiàn)出疊加效應(yīng)，對整個系統(tǒng)的EVM性能影響較大。同時，兩個本振信號沒有共用同一個參考時鐘，軟件估算得到的載波頻偏也比單基系統(tǒng)的結(jié)果偏大。因此，采用低相噪的本振信號源能提高整個系統(tǒng)的射頻性能。
PXIe-5842矢量信號收發(fā)儀：用于發(fā)射和接收變頻器轉(zhuǎn)換的中頻信號，提供2GHz瞬時帶寬，適用于大帶寬的亞太赫茲頻段測量實驗。
PXIe-1095機箱：用于放置PXI控制器和各類板卡，提供高性能的時鐘和同步能力。
PXIe-8881控制器：集成CPU、內(nèi)存、硬盤及各類I/O，提供高性能計算和數(shù)字信號處理能力。
諾之杰® 110 – 170 GHz變頻器C06DAS02：用于將PXIe-5842產(chǎn)生的中頻信號轉(zhuǎn)化為110 – 170 GHz射頻信號，以及將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)化為中頻信號輸入PXIe-5842。
PXIe-5654信號發(fā)生儀：作為單基測量系統(tǒng)的本振信號源。
Anritsu® MG36221A信號發(fā)生儀：作為雙基測量系統(tǒng)的本振信號源。
下表給出了亞太赫茲單基測量系統(tǒng)的硬件清單。
下表給出了亞太赫茲雙基測量系統(tǒng)的硬件清單。
圖3是亞太赫茲單基測量實驗系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和導(dǎo)線連接。實驗條件如下所示：
收發(fā)天線距離63厘米
SG發(fā)射功率 –18 dBm
射頻濾波器通帶范圍145 – 150 GHz
測試頻率：射頻147 GHz，中頻9 GHz，本振頻率13 GHz
測試波形1：400 MHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形2：200 MHz，9cc，64QAM，OFDM
圖3 亞太赫茲單基測量實驗系統(tǒng)
表1列出了單基測量實驗的部分性能結(jié)果?？梢钥闯?，由于收發(fā)端共用參考時鐘，載波頻偏極小。EVM和頻譜平坦度指標在小帶寬和大帶寬信號下都表現(xiàn)良好。
??????? 表1 單基測量實驗結(jié)果
亞太赫茲雙基測量實驗系統(tǒng)如圖4所示。圖5和圖6分別展示了雙基測量系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機的硬件構(gòu)成和導(dǎo)線連接?？梢钥吹剑捎赑XIe-5842矢量信號收發(fā)儀能支持高至26.5 GHz的信號頻率，適配諾之杰110 – 170 GHz變頻器的中頻輸入，因此發(fā)射端和接收端的導(dǎo)線連接都非常簡潔，也為將來進一步的定制化擴展奠定了良好的基礎(chǔ)。
受限于室內(nèi)場地空間條件，本次測試實驗的收發(fā)兩端距離設(shè)為5米和15米兩種。從實驗結(jié)果來看，15米的距離遠未達到該雙基測量系統(tǒng)的極限，還能進一步拉大收發(fā)兩端的距離。通過更換更高功率的功放、低噪放大器和高增益天線（如透鏡、卡塞格倫等）及天線波束對準工具，還可以實現(xiàn)戶外遠距離的連接。
??????? 圖4 亞太赫茲雙基測量實驗系統(tǒng)
??????? 圖5 雙基測量系統(tǒng)的發(fā)射機部分
??????? 圖6 雙基測量系統(tǒng)的接收機部分
雙基測量實驗基本條件如下：
收發(fā)天線距離為5米和15米
SG發(fā)射功率 –25 dBm
射頻濾波器通帶范圍145 – 150 GHz
測試頻率：射頻147 GHz，中頻9 GHz，本振頻率13 GHz
測試波形1：400 MHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形2：800 MHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形3：1.6 GHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形4：2.0 GHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形5：200 MHz，9cc，64QAM，OFDM
為了驗證本振信號源相噪對測量結(jié)果的影響，采用某款具有相對較高相噪的信號發(fā)生儀替代Anritsu MG36221A作為變頻器本振信號源，進行如下實驗。
收發(fā)天線距離為5米
SG發(fā)射功率 –25 dBm
射頻濾波器通帶范圍145 – 150 GHz
測試頻率：射頻147 GHz，中頻9 GHz，本振頻率13 GHz
測試波形1：400 MHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形2：200 MHz，9cc，64QAM，OFDM
本振信號源組合1：收發(fā)都使用MG36221A
本振信號源組合2：發(fā)射機使用MG36221A，接收機使用較高相噪的信號發(fā)生儀
本振信號源組合3：發(fā)射機使用較高相噪的信號發(fā)生儀，接收機使用MG36221A
本振信號源組合4：收發(fā)都使用較高相噪的信號發(fā)生儀
在該雙基測量系統(tǒng)中，發(fā)射機和接收機端的PXIe-5842也可以和各自的本振信號源共用參考時鐘，從而提高載波頻偏的估算精確度。為了驗證共用參考時鐘對測量結(jié)果的影響，設(shè)計如下實驗。
收發(fā)天線距離為15米
SG發(fā)射功率 –25 dBm
射頻濾波器通帶范圍145 – 150 GHz
測試頻率：射頻148 GHz，中頻9.2 GHz，本振頻率13.1 GHz
測試波形1：400 MHz，1cc，64QAM，OFDM
測試波形2：200 MHz，9cc，64QAM，OFDM
共參組合1：收發(fā)兩端的PXIe-5842和各自的本振信號源共參
共參組合2：發(fā)射機的PXIe-5842和本振信號源共參，接收機端不共參
共參組合3：發(fā)射機端不共參，接收機的PXIe-5842和本振信號源共參
共參組合4：收發(fā)兩端的PXIe-5842和本振信號源都不共參
作為6G移動通信技術(shù)中的一個關(guān)鍵研究領(lǐng)域，對亞太赫茲頻段的通信、感知技術(shù)的研究正受到越來越多研究機構(gòu)的重視。利用PXIe-5842矢量信號收發(fā)儀高達2GHz的瞬時帶寬，高至26.5 GHz的信號頻率，結(jié)合第三方公司的變頻器和本振信號源，可以靈活搭建出亞太赫茲單基或雙基射頻測量原型系統(tǒng)，為廣大科研院校在亞太赫茲頻段的各類研究、驗證和實驗提供助力。
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