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OTA將成5G測試重要技術,NI助力5G駛入快車道
2019-04-02

在今年年初的MWC上,華為、一加等眾多5G手機的問世,掀起了一股5G技術潮流。終端應用成為5G早期的驅動力,2019年也被業界稱為5G元年,當然未來5G技術的應用不僅僅是手機,還有可能是汽車、飛機、家電、公共服務設備等眾多設備。5G將會是推動社會進步和經濟發展的重要利器。

中國工業和信息化部部長苗圩表示,今年我國將進行5G商業推廣,一些地區將會發放5G臨時牌照,下半年還將用上諸如5G手機、5G iPad等商業產品。政策層面的利好,進一步帶動5G從芯片到終端全產業鏈的發展。5G之所以能帶來廣闊的應用場景,離不開一些關鍵技術的引入,如基于 OFDM 優化的波形和多址接入、靈活的框架設計、大規模天線(Massive-MIMO)、毫米波技術 (mmWave)。5G設備日益復雜,必須采用全新的測試方法,來*大限度縮短產品上市時間和減少測試成本。

大規模天線和毫米波技術的引入使得5G測試面臨巨大挑戰

國際標準化組織3GPP定義了5G的三大場景。eMBB指3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務,mMTC指大規模
物聯網業務,URLLC指如無人駕駛、工業自動化等需要低時延、高可靠連接的業務。其中實現eMBB的主要技術是采用Massive MIMO有源天線陣列或毫米波技術。為了達到實現每用戶10 Gbps的目標峰值速率,5G標準增加了更多的無線頻譜,擴展到了厘米和毫米波頻率。


5G NR的三大關鍵技術

從長期來看,5G測試比較大的挑戰是由于毫米波和大規模天線技術引入使得無線設備更加復雜集成化。NI(National Instruments)作為測試測量行業的**者,一直在圍繞這些新技術,研發相關的測試測量解決方案。

5G 網絡通常在基站端疊加更多MIMO子系統,也就是大規模天線系統。而這樣的大規模天線給開發工程師帶來的測試挑戰是顯而易見的,如前傳接口連接的高吞吐量、天線陣列校準、天線單元間的相互耦合、不規則的天線陣列、天線陣列復雜,這些因素都會增加測試的難度和測試成本。

另外,毫米波一直被譽為是提升5G性能的利器,其關鍵優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*大帶寬是100MHz,數據速率不超過1Gbps。而在5G sub-6GHz與毫米波頻段,移動應用可以使用的*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域,現在推廣到商用化應用領域,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

針對5G設備而言,增加的頻率范圍、新的AiP天線(Antenna-in-package)封裝技術和更多的天線數量使測試難度增加,還造成測試設備的成本和運單個設備測試時間的增加。 市場上普遍認為OTA(over-the-air,空口)方法技術可以幫助解決這些問題,且OTA對于5G設備測試至關重要。主要基于以下三點考慮:

?? ?? ???被測設備(DUT)的集成度大幅提升,無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,因此需要通過波束聚焦或波束成形來提高增益;
?? ?? ???OTA的測試環境需要十分接近5G設備的實際使用環境,能夠*大限度保證設備的可靠性。

OTA 測試并非總是需要微波暗室

**的OTA測試是5G部署的關鍵,OTA的實現涉及到眾多環節。對于設計表征、驗證、合規和一致性測試來說,適當的微波暗室(消聲、CATR 或混響類型)可以提供安靜的
射頻環境,確保設計滿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,對于批量生產來說,傳統的微波暗室會占用大量的生產空間,并增加資本支出。

為解決這些問題,市場上出現了具有 OTA 功能的 IC 測試插座,以及帶有集成天線的小型射頻外殼,從而將
半導體?OTA 測試功能小型化。盡管測量天線距離 DUT IC 只有幾厘米,但是對于每個天線元件的遠場測量來說,這個距離已經足夠。相對較小尺寸的測試插座還有助于多站點并行測試增加測試吞吐量,同時*大限度地降低信號的功率損耗。不過,小型測試插座會妨礙整個天線陣列的波束成形測量,這種測量的遠場距離一般是 10 厘米甚至更遠。

NI全新5G解決方案

如今的開發周期正在不算縮短,靈活且可擴展的測試系統對于 OTA 測試來說至關重要。NI的軟件定制測試平臺與*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帶寬。NI 的高帶寬儀器還允許通過數字預失真技術對 DUT 進行線性化。此外,NI 平臺還為多通道測量系統提供相位相干和時間對齊擴展,以便對*新的 NR 半導體設備進行全面測試。

?NI 5G-NR PA/FEM 測試系統


NI構建5G生態圈,助力加速5G商用

從實驗室到量產,NI都能提供全套的解決方案幫助5G設備廠商直面挑戰。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化測試工具,幫助客戶構建更加**的自動化測試系統。尤其是面對芯片量產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競爭力。

在5G技術從原型驗證到商業部署不斷推進的各個階段,NI都扮演著重要的角色。從2015年開始,NI即開展‘射頻**用戶計劃’,聯手業界**的企業與高校一起探索5G相關的原型化與研究。

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NI射頻用戶**用戶計劃

為保證5G商用的快速落地,NI 還與行業領導企業保持密切合作,開發高度模塊化、軟件定義的測試策略和解決方案。例如,Qorvo公司的專用于在3.4GHz頻譜下運行移動設備QM19000 5G FEM,FEM測試采用NI PXI系統進行,該系統可幫助客戶盡早地在移動設備中部署5G。Skyworks利用NI的矢量信號
收發器(RF VST)來驗證專為5G新空口應用開發的Sky5?解決方案的性能。借助NI PXI平臺,Skyworks成功地驗證了關鍵的性能基準,加速了整個產品的測試周期。此外,NI還與三星合作開發針對28 GHz的5G新空口互操作性設備測試。諸如此類的案例不勝枚舉。

中國5G市場的潛力有目共睹,NI也在不遺余力地加大投入。去年,NI在上海成立了研發中心及亞太區培訓中心,同時配備了專門的5G/射頻研發團隊。今后將為全球5G商用產品的性能優化提供低成本解決方案,以加快推進5G系統研發和推動產業進步。

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