隨著5G商用的逐漸來臨，從芯片到終端全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)掀起了一股5G技術潮流。

在今年年初的MWC上，華為、一加等眾多5G手機的問世，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(jīng)濟發(fā)展的重要利器。

5G的發(fā)展勢必會引入一些新的關鍵技術，諸如OFDM優(yōu)化的波形和多址接入、靈活的框架設計、大規(guī)模天線(Massive-MIMO)、毫米波技術(mmWave)等等。

由于新技術的加入，5G設備日益復雜，對于測試環(huán)節(jié)來說必須最大限度縮短產(chǎn)品上市時間和減少測試成本，所以測試方法也需作出改變。

OTA成為5G重要測試技術

長期來看，5G測試比較大的挑戰(zhàn)是由于毫米波和大規(guī)模天線技術引入使得無線設備更加復雜集成化。

5G網(wǎng)絡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、天線陣列復雜，這些因素都會增加測試的難度和測試成本。

此外，毫米波一直被譽為是提升5G性能的利器，其關鍵優(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用在軍工領域，現(xiàn)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(zhàn)。

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(shù)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(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設備的實際使用環(huán)境，能夠最大限度保證設備的可靠性。

高效的OTA測試是5G部署的關鍵，OTA的實現(xiàn)涉及到眾多環(huán)節(jié)。對于設計表征、驗證、合規(guī)和一致性測試來說，適當?shù)奈⒉ò凳?消聲、CATR或混響類型)可以提供安靜的射頻環(huán)境，確保設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構建5G生態(tài)圈，助力加速5G商用

隨著產(chǎn)品開發(fā)周期的不斷縮短，靈活且可擴展的測試系統(tǒng)對于OTA測試來說至關重要。NI(National Instruments)作為測試測量行業(yè)的引領者，一直在圍繞這些新技術，研發(fā)相關的測試測量解決方案。

日前，在2019 SEMICON China展會期間，NI就展示了多種針對5G和其應用場景的測試技術和設備。

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(tǒng)提供相位相干和時間對齊擴展，以便對最新的NR半導體設備進行全面測試。

NI 5G-NR PA/FEM測試系統(tǒng)

事實上，從實驗室到量產(chǎn)，NI都能提供全套的解決方案幫助5G設備廠商直面挑戰(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‘射頻領先用戶計劃’，聯(lián)手業(yè)界領先的企業(yè)與高校一起探索5G相關的原型化與研究。為保證5G商用的快速落地，NI還與行業(yè)領導企業(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。