從Sub-6GHz到毫米波&從原型驗證到量產(chǎn)測試，NI雙維度全面布局助力搶位5G時代

5G商業(yè)化之路到底有多爭分奪秒?2017年12月底，3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)第一稿剛落地。2018年2月底MWC同期，NI率先推出符合5G NR 3GPP標(biāo)準(zhǔn)R15規(guī)范的Sub-6GHz 5G新空口參考測試解決方案，用以進一步幫助客戶快速對其5G設(shè)計進行特性分析，并從研發(fā)輕松過渡到生產(chǎn)測試環(huán)境;幾乎同時，Qorvo正式宣布與NI聯(lián)合演示測試業(yè)界首款市售5G RF前端模塊QM19000，而該款FEM正是采用NI PXI系統(tǒng)進行測試…… “其實，在這個時間點(3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)第一稿剛發(fā)布)我們會看到眾多的半導(dǎo)體廠商以及終端廠商正基于這個草案非?？焖俚亻_展5G商用化，”近日，NI中國技術(shù)市場工程師馬力斯在深圳舉行的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會上提出，“那么，在這么短的時間內(nèi)NI是如何幫助半導(dǎo)體公司以及終端廠商，在快速的變化中實現(xiàn)5G設(shè)計、原型驗證以及最終的量產(chǎn)測試?”

圖1. NI中國技術(shù)市場工程師馬力斯現(xiàn)場分享NI助力客戶搶位5G時代的法寶。

比快更快，5G時代特征下NI以軟件為中心的平臺方案正當(dāng)時

核心正是NI一直推行的以軟件為中心的平臺化解決方案。“時勢造英雄”，NI解決方案在5G時代，在半導(dǎo)體測試領(lǐng)域的異軍突起離不開當(dāng)下多種新興技術(shù)積聚引發(fā)的綜合效應(yīng)：4G網(wǎng)絡(luò)廣泛部署剛就位，在綜合考慮成本、時間的前提下，非獨立組網(wǎng)下4G和5G網(wǎng)絡(luò)共存就成為讓5G更快落地的必經(jīng)之路;而5G標(biāo)準(zhǔn)制定后期Phase 2中的毫米波部分，更是將帶寬一舉提升至400MHz;此外，為提升頻譜利用效率的Massive MIMO技術(shù)也將進一步提升5G芯片甚至是5G系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性……馬力斯表示，對于5G新標(biāo)帶來的測試挑戰(zhàn)，NI將其概括為以下3點：

1. 復(fù)雜性的提升：據(jù)馬力斯介紹，不同于4G使用15KHz固定的子載波間距，5G NR部分都是采用靈活的子載波間距，而這也是為了適應(yīng)5G后期毫米波頻段的調(diào)整;不止于子載波間距的靈活性，對于帶寬的更高需求始終在列，據(jù)悉毫米波部分將更多考慮400MHz的高帶寬，而對于一些高端的射頻前端芯片，其所涉及的數(shù)字預(yù)失真、包絡(luò)跟蹤等技術(shù)，還將要求測試設(shè)備具備更高的帶寬;同時，5G測試同步帶來更多的射頻指標(biāo)測試，以及更高的調(diào)制特性，即更好的EVM，這些都對測試儀器的指標(biāo)帶來更高要求。

2. 共存的兩面性：4G和5G共存，雖然是推動5G盡快落地的必經(jīng)之路，但仍帶來不少難題，頻段重合帶來的頻譜干擾以及5G FEM未來高度集成化的單芯片設(shè)計……這都勢必反推到對測試儀器指標(biāo)的更高要求。

3. “生死時速”的時間效應(yīng)：從2017年底5G NR標(biāo)準(zhǔn)第一稿推出至今，5G商用化已初見端倪，隨后2018年6月份即將落地的Sub-6GHz 獨立組網(wǎng)部分以及將于2019年12月定稿的 3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)，讓5G加重了“時間緊、任務(wù)重”的時代特性，“更快的測試時間、更快的上市時間，‘快’已成為5G時代面臨的一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，”馬力斯強調(diào)道。

圖2. NI中國技術(shù)市場工程師馬力斯現(xiàn)場總結(jié)概括5G時代下的測試挑戰(zhàn)。

“本是同根生”，NI打通實驗室到量產(chǎn)測試助力客戶搶位5G時代

而NI以軟件為中心的平臺化解決方案正是為“時間緊、任務(wù)重”而生。不同于傳統(tǒng)實驗室臺式儀器的多種類(頻譜儀、信號源、電源等)、尺寸大、多個儀器難以同步配合、測試速度慢等特點，NI將其平臺化儀器封裝在一個小尺寸的機箱中，并利用PXI技術(shù)實現(xiàn)了很好的同步機制，由此帶來的是測試速度的極大提升。同時，通過將高精尖算法部署到FPGA中，得益于其天然運行的處理能力NI從軟硬件雙維度大幅提升測試效率。

圖3. 基于從實驗室特征分析到量產(chǎn)測試的一體化測試平臺，NI助力客戶搶位5G時代。

同時，由于NI的實驗室測試方案已經(jīng)具備儀表級的射頻測試性能，這也使得根植于NI實驗室測試方案的NI量產(chǎn)測試設(shè)備STS能夠更好地統(tǒng)籌未來5G芯片將要面對的單一芯片中集合模擬、射頻以及數(shù)字部分的多面測試，而這也是專注于數(shù)字芯片測試的傳統(tǒng)AET自動化測試設(shè)備無法融入，或者說無法以高性價比方式融入的一大短板。

此外，由于NI STS與NI實驗室測試方案PXI平臺“本是同根生”，帶來的直接效應(yīng)就是代碼、硬件資源和投資的最大化復(fù)用，大幅減少臺式儀表和STS設(shè)備之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、比對的時間，進一步提升測試效率。

“之前有談到NI將如何幫助客戶進行5G測試速度的提升，其實我們也正是用這套以軟件為中心的測試方案打通實驗室特征分析到量產(chǎn)測試，幫助客戶進行5G時代更快速的測試、更快速的部署、更快速的商用化，博通正是通過使用NI的方案將其PA的測試效率提升了5倍，”馬力斯補充道。

Qorvo同臺力證，NI Sub-6GHz 5G NR參考測試解決方案凸顯軟件優(yōu)越性

最巧合的是，一同參加第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會的就有業(yè)內(nèi)首款市售5G RF前端模塊提供者Qorvo，Qorvo的演講嘉賓在現(xiàn)場特別提到，NI作為Qorvo的測試合作伙伴，聯(lián)合測試了這款集成了一個功率放大器和一個低噪聲放大器的5G FEM。借助NI PXI系統(tǒng)的靈活性，Qorvo可以在重復(fù)使用相同的硬件前提下，使用各種波形快速測試FEM設(shè)計。

圖4. NI以軟件為中心測試平臺的優(yōu)越性被Qorvo首款市售5G FEM芯片測試力證(上)，其Sub-6GHz 5G新空口測試解決方案也于同期發(fā)布(下)。

如前所述，在與Qorvo宣布聯(lián)合測試的同期，NI推出了符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Sub-6GHz 5G新空口參考測試解決方案，并強調(diào)該解決方案的關(guān)鍵部分是NI-RFmx NR測量軟件，同時這款軟件會跟隨著3GPP規(guī)范的步伐進行演變。通過將高性能RF測量設(shè)備與快速靈活的測量軟件相結(jié)合，NI以軟件為中心的測試解決方案可以幫助客戶在產(chǎn)品開發(fā)的多個階段重復(fù)使用相同的儀器和測量設(shè)備，從而縮短其測量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時間和產(chǎn)品上市時間。

應(yīng)對5G“新天地”，NI推出實時帶寬高達2GHz可靈活更換射頻頭的毫米波測試方案

不同于業(yè)界對Sub-6GHz頻段的熟悉，毫米波在為5G打開了一塊新天地的同時，也為測試測量領(lǐng)域帶來了一塊亟待開采的“無人之境”。信道特性的未知性，天線陣列的難測試性以及后續(xù)OTA測試的高要求，都使得毫米波測試?yán)щy重重。

圖5. 5G毫米波測試的多重困難。

NI用集成化的方式，將其算法部署到FGPA，并提供不同頻段的雷達頭，對應(yīng)5G場景化的應(yīng)用推出了實時帶寬高達2GHz的NI 毫米波收發(fā)儀系統(tǒng)，很好地解決了測試設(shè)備功耗及尺寸大小的制約因素，甚至方便一些客戶隨身攜帶進行外場測試，例如信道測量等。

據(jù)馬力斯介紹，其實在5G非常早期，很多客戶在進行毫米波領(lǐng)域設(shè)計原型的時候，就選用了NI的毫米波收發(fā)儀系統(tǒng)，例如NOKIA。由于統(tǒng)一源于NI以軟件為中心的理念，這套系統(tǒng)同樣適用于測試場景，只需將其軟件進行版本升級以滿足測試的指標(biāo)和規(guī)范即可，例如，部分NI客戶已經(jīng)將其用于77GHz汽車毫米波雷達的測試。“只需更換前端不同頻段的射頻頭，這套毫米波測試方案即可滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，”馬力斯補充道，“特別是高達2GHz的實時帶寬同樣非常適應(yīng)一些研究所和高校的高帶寬前景應(yīng)用。”

圖6. NI推出實時帶寬高達2GHz、可靈活更換前端射頻頭的毫米波收發(fā)儀系統(tǒng)。

作為5G首批“開拓者”，“NI其實很早之前就已經(jīng)介入5G研究，”馬力斯強調(diào)道，從2010年成立NI全球射頻通信領(lǐng)先用戶計劃至今，從國外的AT&T、NOKIA、Intel、NTT Docomo、SAMSUNG、 Facebook等到國內(nèi)的東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海無線通信研究中心(WiCO)等，NI早已在全球范圍內(nèi)編織了一張5G商業(yè)網(wǎng)。

圖7. NI早在2010年就已推出全球5G射頻通信領(lǐng)先用戶計劃。

圖8. 加速5G領(lǐng)域半導(dǎo)體測試從概念到落地，NI的優(yōu)勢正是其一直堅守的以軟件為中心的戰(zhàn)略。

當(dāng)前，5G進入快速商業(yè)化的時間節(jié)點，“NI利用前期所積累的軟件優(yōu)勢，基于其以軟件為中心的平臺，憑借PXI的定時、同步技術(shù)，可以幫助客戶快速應(yīng)用到自身的5G商用化進程中，”馬力斯總結(jié)道，“不論是5G設(shè)計公司還是后期的量產(chǎn)測試，NI都會有很好的切入，而這都是源于NI從1976年成立至今始終堅守、投入并攜手合作伙伴、客戶一起共建的以軟件為中心的測試生態(tài)。”