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在今年年初的MWC上，華為、一加等眾多5G手機的問(wèn)世，掀起了一股5G技術(shù)潮流。終端應用成為5G早期的驅動(dòng)力，2019年也被業(yè)界稱(chēng)為5G元年，當然未來(lái)5G技術(shù)的應用不僅僅是手機，還有可能是汽車(chē)、飛機、家電、公共服務(wù)設備等眾多設備。5G將會(huì )是推動(dòng)社會(huì )進(jìn)步和經(jīng)濟發(fā)展的重要利器。 中國工業(yè)和信息化部部長(cháng)苗圩表示，今年我國將進(jìn)行5G商業(yè)推廣，一些地區將會(huì )發(fā)放5G臨時(shí)牌照，下半年還將用上諸如5G手機、5G iPad等商業(yè)產(chǎn)品。政策層面的利好，進(jìn)一步帶動(dòng)5G從芯片到終端全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。5G之所以能帶來(lái)廣闊的應用場(chǎng)景，離不開(kāi)一些關(guān)鍵技術(shù)的引入，如基于 OFDM 優(yōu)化的波形和多址接入、靈活的框架設計、大規模天線(xiàn)（Massive-MIMO）、毫米波技術(shù) (mmWave)。5G設備日益復雜，必須采用全新的測試方法，來(lái)最大限度縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和減少測試成本。 大規模天線(xiàn)和毫米波技術(shù)的引入使得5G測試面臨巨大挑戰 國際標準化組織3GPP定義了5G的三大場(chǎng)景。eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，mMTC指大規模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，URLLC指如無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延、高可靠連接的業(yè)務(wù)。其中實(shí)現eMBB的主要技術(shù)是采用Massive MIMO有源天線(xiàn)陣列或毫米波技術(shù)。為了達到實(shí)現每用戶(hù)10 Gbps的目標峰值速率，5G標準增加了更多的無(wú)線(xiàn)頻譜，擴展到了厘米和毫米波頻率。 
5G NR的三大關(guān)鍵技術(shù) 從長(cháng)期來(lái)看，5G測試比較大的挑戰是由于毫米波和大規模天線(xiàn)技術(shù)引入使得無(wú)線(xiàn)設備更加復雜集成化。NI（National Instruments）作為測試測量行業(yè)的引領(lǐng)者，一直在圍繞這些新技術(shù)，研發(fā)相關(guān)的測試測量解決方案。
5G 網(wǎng)絡(luò )通常在基站端疊加更多MIMO子系統，也就是大規模天線(xiàn)系統。而這樣的大規模天線(xiàn)給開(kāi)發(fā)工程師帶來(lái)的測試挑戰是顯而易見(jiàn)的，如前傳接口連接的高吞吐量、天線(xiàn)陣列校準、天線(xiàn)單元間的相互耦合、不規則的天線(xiàn)陣列、天線(xiàn)陣列復雜，這些因素都會(huì )增加測試的難度和測試成本。 另外，毫米波一直被譽(yù)為是提升5G性能的利器，其關(guān)鍵優(yōu)勢之一是可用的大量頻譜帶寬。以往，基于sub 6GHz頻段的4G LTE蜂窩系統可以使用的最大帶寬是100MHz，數據速率不超過(guò)1Gbps。而在5G sub-6GHz與毫米波頻段，移動(dòng)應用可以使用的最大帶寬是400MHz，數據速率高達10Gbps甚至更多。以前毫米波大多都是應用在軍工領(lǐng)域，現在推廣到商用化應用領(lǐng)域，測試設備需要覆蓋毫米波頻段，這對在毫米波段的測試儀表的提出了新的挑戰。 OTA成為5G重要測試技術(shù) 針對5G設備而言，增加的頻率范圍、新的AiP天線(xiàn)（Antenna-in-package）封裝技術(shù)和更多的天線(xiàn)數量使測試難度增加，還造成測試設備的成本和運單個(gè)設備測試時(shí)間的增加。 市場(chǎng)上普遍認為OTA（over-the-air，空口）方法技術(shù)可以幫助解決這些問(wèn)題，且OTA對于5G設備測試至關(guān)重要。主要基于以下三點(diǎn)考慮： 被測設備(DUT)的集成度大幅提升，無(wú)法使用電纜在被測設備和測試設備之間建立物理連接，傳統測試方法不適用； 毫米波頻率下的信號傳輸損耗很高，因此需要通過(guò)波束聚焦或波束成形來(lái)提高增益； OTA的測試環(huán)境需要十分接近5G設備的實(shí)際使用環(huán)境，能夠最大限度保證設備的可靠性。 OTA 測試并非總是需要微波暗室 高效的OTA測試是5G部署的關(guān)鍵，OTA的實(shí)現涉及到眾多環(huán)節。對于設計表征、驗證、合規和一致性測試來(lái)說(shuō)，適當的微波暗室（消聲、CATR 或混響類(lèi)型）可以提供安靜的射頻環(huán)境，確保設計滿(mǎn)足所有的性能和法規要求，并具有足夠的裕量和可重復性。然而，對于批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，傳統的微波暗室會(huì )占用大量的生產(chǎn)空間，并增加資本支出。 為解決這些問(wèn)題，市場(chǎng)上出現了具有 OTA 功能的 IC 測試插座，以及帶有集成天線(xiàn)的小型射頻外殼，從而將半導體 OTA 測試功能小型化。盡管測量天線(xiàn)距離 DUT IC 只有幾厘米，但是對于每個(gè)天線(xiàn)元件的遠場(chǎng)測量來(lái)說(shuō)，這個(gè)距離已經(jīng)足夠。相對較小尺寸的測試插座還有助于多站點(diǎn)并行測試增加測試吞吐量，同時(shí)最大限度地降低信號的功率損耗。不過(guò)，小型測試插座會(huì )妨礙整個(gè)天線(xiàn)陣列的波束成形測量，這種測量的遠場(chǎng)距離一般是 10 厘米甚至更遠。 NI全新5G解決方案 如今的開(kāi)發(fā)周期正在不算縮短，靈活且可擴展的測試系統對于 OTA 測試來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。NI的軟件定制測試平臺與最新的 5G NR PHY 層要求保持同步，其中包含測試寬 NR 分量載波或載波聚合信號所需的測量科技和瞬時(shí)帶寬。NI 的高帶寬儀器還允許通過(guò)數字預失真技術(shù)對 DUT 進(jìn)行線(xiàn)性化。此外，NI 平臺還為多通道測量系統提供相位相干和時(shí)間對齊擴展，以便對最新的 NR 半導體設備進(jìn)行全面測試。
NI 5G-NR PA/FEM 測試系統 NI構建5G生態(tài)圈，助力加速5G商用 從實(shí)驗室到量產(chǎn)，NI都能提供全套的解決方案幫助5G設備廠(chǎng)商直面挑戰。針對5G芯片對于測試速度提出更高的要求，NI PXI平臺能提供更加便捷靈活的自動(dòng)化測試工具，幫助客戶(hù)構建更加高效的自動(dòng)化測試系統。尤其是面對芯片量產(chǎn)階段的多種多樣的測試需求，NI模塊化的方案比臺式儀表更加靈活更具有市場(chǎng)競爭力。 在5G技術(shù)從原型驗證到商業(yè)部署不斷推進(jìn)的各個(gè)階段，NI都扮演著(zhù)重要的角色。從2015年開(kāi)始，NI即開(kāi)展‘射頻領(lǐng)先用戶(hù)計劃’，聯(lián)手業(yè)界領(lǐng)先的企業(yè)與高校一起探索5G相關(guān)的原型化與研究。
NI射頻用戶(hù)領(lǐng)先用戶(hù)計劃 為保證5G商用的快速落地，NI 還與行業(yè)領(lǐng)導企業(yè)保持密切合作，開(kāi)發(fā)高度模塊化、軟件定義的測試策略和解決方案。例如，Qorvo公司的專(zhuān)用于在3.4GHz頻譜下運行移動(dòng)設備QM19000 5G FEM，FEM測試采用NI PXI系統進(jìn)行，該系統可幫助客戶(hù)盡早地在移動(dòng)設備中部署5G。Skyworks利用NI的矢量信號收發(fā)器（RF VST）來(lái)驗證專(zhuān)為5G新空口應用開(kāi)發(fā)的Sky5™解決方案的性能。借助NI PXI平臺，Skyworks成功地驗證了關(guān)鍵的性能基準，加速了整個(gè)產(chǎn)品的測試周期。此外，NI還與三星合作開(kāi)發(fā)針對28 GHz的5G新空口互操作性設備測試。諸如此類(lèi)的案例不勝枚舉。 中國5G市場(chǎng)的潛力有目共睹，NI也在不遺余力地加大投入。去年，NI在上海成立了研發(fā)中心及亞太區培訓中心，同時(shí)配備了專(zhuān)門(mén)的5G/射頻研發(fā)團隊。今后將為全球5G商用產(chǎn)品的性能優(yōu)化提供低成本解決方案，以加快推進(jìn)5G系統研發(fā)和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。 |
