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(shù)潮流。終端應(yīng)用成為5G早期的驅(qū)動力，2019年也被業(yè)界稱為5G元年，當然未來5G技術(shù)的應(yīng)用不僅僅是手機，還有可能是汽車、飛機、家電、公共服務(wù)設(shè)備等眾多設(shè)備。5G將會是推動社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的重要利器。
中國工業(yè)和信息化部部長苗圩表示，今年我國將進行5G商業(yè)推廣，一些地區(qū)將會發(fā)放5G臨時牌照，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，進一步帶動5G從芯片到終端全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。5G之所以能帶來廣闊的應(yīng)用場景，離不開一些關(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(shè)計、大規(guī)模天線（Massive-MIMO）、毫米波技術(shù) (mmWave)。5G設(shè)備日益復(fù)雜，必須采用全新的測試方法，來最大限度縮短產(chǎn)品上市時間和減少測試成本。
大規(guī)模天線和毫米波技術(shù)的引入使得5G測試面臨巨大挑戰(zhàn)
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(yè)務(wù)，mMTC指大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，URLLC指如無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延、高可靠連接的業(yè)務(wù)。其中實現(xiàn)eMBB的主要技術(shù)是采用Massive MIMO有源天線陣列或毫米波技術(shù)。為了達到實現(xiàn)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(guān)鍵技術(shù)
從長期來看，5G測試比較大的挑戰(zhàn)是由于毫米波和大規(guī)模天線技術(shù)引入使得無線設(shè)備更加復(fù)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(tǒng)，也就是大規(guī)模天線系統(tǒng)。而這樣的大規(guī)模天線給開發(fā)工程師帶來的測試挑戰(zhàn)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(guī)則的天線陣列、天線陣列復(fù)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(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(tǒng)可以使用的最大帶寬是100MHz，數(shù)據(jù)速率不超過1Gbps。而在5G sub-6GHz與毫米波頻段，移動應(yīng)用可以使用的最大帶寬是400MHz，數(shù)據(jù)速率高達10Gbps甚至更多。以前毫米波大多都是應(yīng)用在軍工領(lǐng)域，現(xiàn)在推廣到商用化應(yīng)用領(lǐng)域，測試設(shè)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(zhàn)。
OTA成為5G重要測試技術(shù)
針對5G設(shè)備而言，增加的頻率范圍、新的AiP天線（Antenna-in-package）封裝技術(shù)和更多的天線數(shù)量使測試難度增加，還造成測試設(shè)備的成本和運單個設(shè)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(shù)可以幫助解決這些問題，且OTA對于5G設(shè)備測試至關(guān)重要。主要基于以下三點考慮：
· 被測設(shè)備(DUT)的集成度大幅提升，無法使用電纜在被測設(shè)備和測試設(shè)備之間建立物理連接，傳統(tǒng)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(huán)境需要十分接近5G設(shè)備的實際使用環(huán)境，能夠最大限度保證設(shè)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的實現(xiàn)涉及到眾多環(huán)節(jié)。對于設(shè)計表征、驗證、合規(guī)和一致性測試來說，適當?shù)奈⒉ò凳遥ㄏ?、CATR 或混響類型）可以提供安靜的射頻環(huán)境，確保設(shè)計滿足所有的性能和法規(guī)要求，并具有足夠的裕量和可重復(fù)性。然而，對于批量生產(chǎn)來說，傳統(tǒng)的微波暗室會占用大量的生產(chǎn)空間，并增加資本支出。
為解決這些問題，市場上出現(xiàn)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(dǎo)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(jīng)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，同時最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(fā)周期正在不算縮短，靈活且可擴展的測試系統(tǒng)對于 OTA 測試來說至關(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帶寬。NI 的高帶寬儀器還允許通過數(shù)字預(yù)失真技術(shù)對 DUT 進行線性化。此外，NI 平臺還為多通道測量系統(tǒng)提供相位相干和時間對齊擴展，以便對最新的 NR 半導(dǎo)體設(shè)備進行全面測試。
NI 5G-NR PA/FEM 測試系統(tǒng)
NI構(gòu)建5G生態(tài)圈，助力加速5G商用
從實驗室到量產(chǎn)，NI都能提供全套的解決方案幫助5G設(shè)備廠商直面挑戰(zhàn)。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(gòu)建更加高效的自動化測試系統(tǒng)。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競爭力。
在5G技術(shù)從原型驗證到商業(yè)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'射頻領(lǐng)先用戶計劃'，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射頻用戶領(lǐng)先用戶計劃
為保證5G商用的快速落地，NI 還與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)保持密切合作，開發(fā)高度模塊化、軟件定義的測試策略和解決方案。例如，Qorvo公司的專用于在3.4GHz頻譜下運行移動設(shè)備QM19000 5G FEM，F(xiàn)EM測試采用NI PXI系統(tǒng)進行，該系統(tǒng)可幫助客戶盡早地在移動設(shè)備中部署5G。Skyworks利用NI的矢量信號收發(fā)器（RF VST）來驗證專為5G新空口應(yīng)用開發(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，加速了整個產(chǎn)品的測試周期。此外，NI還與三星合作開發(fā)針對28 GHz的5G新空口互操作性設(shè)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(fā)中心及亞太區(qū)培訓(xùn)中心，同時配備了專門的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5G系統(tǒng)研發(fā)和推動產(chǎn)業(yè)進步。
關(guān)于National Instruments（簡稱"NI"）
NI以軟件為中心的平臺集成了模塊化硬件和龐大的生態(tài)系統(tǒng)，助力工程師和科學(xué)家應(yīng)對各種挑戰(zhàn)。 這一久經(jīng)驗證的方法可讓用戶完全自主地定義所需的一切來加速測試測量和控制應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計。 NI解決方案可幫助用戶構(gòu)建超出預(yù)期的高性能系統(tǒng)，快速適應(yīng)需求的變化，最終改善人類的生活。
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