7月17日，由IMT-2020(5G)推進(jìn)組聯(lián)合中國(guó)通信學(xué)會(huì)與中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)共同主辦的2019年IMT-2020(5G)峰會(huì)正式召開。IMT-2020(5G)推進(jìn)組是由工信部、發(fā)改委、科技部于2013年聯(lián)合推動(dòng)成立的，致力于推動(dòng)5G技術(shù)研究。

根據(jù)IMT-2020(5G)推進(jìn)組組長(zhǎng)王志勤公布的信息顯示，目前在IMT-2020(5G)推進(jìn)組測(cè)試的四款5G芯包括：華為海思的巴龍5000、高通驍龍X50、聯(lián)發(fā)科Helio M70和紫光展銳的春藤510。

其中，在組網(wǎng)方式方面，只有高通驍龍X50只支持NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)），而其他三款5G芯片均支持NSA和SA（獨(dú)立組網(wǎng)）。

而在IMT-2020(5G)推進(jìn)組的5G網(wǎng)絡(luò)測(cè)試方面，可支持NSA/SA雙模的華為海思的巴龍5000芯片，已經(jīng)率先完成了從室內(nèi)到外場(chǎng)的SA/NSA全部網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。

聯(lián)發(fā)科Helio M70目前已完成了SA/NSA室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試部分，而在SA/NSA外場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試部分只完成了一半。

紫光展銳的春藤510由于發(fā)布時(shí)間相對(duì)較晚，目前NSA室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試部分剛剛開始，而SA室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和SA/NSA外場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試部分尚未進(jìn)行。

最早發(fā)布的高通驍龍X50雖然最早完成了NSA室內(nèi)和外場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，但是由于其不支持SA網(wǎng)絡(luò)，所以這塊也就沒(méi)法測(cè)試了。

另外值得一提的是，在之前6月26日的MWC上海展上，中國(guó)移動(dòng)董事長(zhǎng)楊杰表示，“明年1月1日開始，政府不允許NSA手機(jī)入網(wǎng)，SA是發(fā)展方向，中國(guó)會(huì)盡快過(guò)渡到SA”。顯然，接下來(lái)國(guó)內(nèi)將會(huì)主推同時(shí)支持NSA/SA組網(wǎng)的5G手機(jī)。

綜合來(lái)看，在接下來(lái)的5G市場(chǎng)，華為無(wú)疑將取得先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

而華為巴龍5000率先完成SA/NSA全部測(cè)試的背后，則離不開測(cè)試工程師以及測(cè)試廠商出色的測(cè)試方案及測(cè)試設(shè)備的支持。

由于5G采用新頻段、更高帶寬、Massive MIMO大規(guī)模天線陣列、波束成形、毫米波等技術(shù)，這給5G設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此雖然在各大設(shè)備廠商、運(yùn)營(yíng)商的努力下，5G時(shí)代離我們已經(jīng)越來(lái)越近，但我們還需要更強(qiáng)有力的5G測(cè)試方案來(lái)支持！

測(cè)試面臨更復(fù)雜的寬帶波形

3GPP 5G新空口規(guī)范包括兩種已獲得批準(zhǔn)的正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OFDM)、各種調(diào)制和代碼集、 靈活的參數(shù)配置(numerology)和多個(gè)信道寬帶。除了這些參數(shù)外，5G波形還包括用于信道估計(jì)、優(yōu)化MIMO操作和振蕩器相位噪聲補(bǔ)償?shù)膮⒖?a target="_blank">信號(hào)。5G波形引入了自包含(self-contained)集成子幀設(shè)計(jì)，同一個(gè)子幀內(nèi)包含了上行鏈路/下行鏈路的調(diào)度信息、數(shù)據(jù)傳輸和確認(rèn)。

5G基站以及其他基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，簡(jiǎn)稱gNode B (gNB)，在下行鏈路中使用循環(huán)前綴OFDM (CP-OFDM)方案，而用戶設(shè)備(UE)兩種方案都支持，即CP-OFDM和離散傅里葉變換擴(kuò)頻 OFDM(DFT-S-OFDM)方案，具體取決于gNB指示UE使用這兩種方案中的哪一種方案來(lái)進(jìn)行上 行操作。DFT-S-OFDM具有較低的峰均功率比(PAPR)，因此有助于提高功率放大器的效率和能效。

CP-OFDM 在資源模塊中提供了很高的頻譜封裝效率（高達(dá)98%），并為MIMO 提供了良好的支持。因此，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商優(yōu)先考慮盡可能提高網(wǎng)絡(luò)容量時(shí)（例如在密集城市環(huán)境中），可能會(huì)使用該波形。DFT-s-OFDM 是用于LTE 上行鏈路的同一波形，其頻譜封裝效率更低，但范圍更廣（下表）。

表：關(guān)鍵的5G 規(guī)范

5G NR Release 15 使用CP-OFDM的波形并能適配靈活可變的參數(shù)集?？勺儏?shù)集可以將不同等級(jí)和時(shí)延的業(yè)務(wù)復(fù)用在一起，并允許毫米波頻段采用更大的子載波間隔。由于信號(hào)不再保持正交性，由此引入了大峰均比的問(wèn)題和子載波干擾的問(wèn)題。在上行信道，UE的發(fā)射功率受限并且對(duì)功率效率要求較高，于是采用DFT-S-OFDM波形來(lái)既降低信號(hào)的峰均比。

圖：波形和可變的參數(shù)集影響著信號(hào)峰均比

規(guī)范還確認(rèn)，盡管數(shù)據(jù)速率得到提高，但5G 移動(dòng)寬帶的時(shí)間排程就如同LTE，且對(duì)核心RF 實(shí)施不會(huì)產(chǎn)生任何額外影響。然而，5G 技術(shù)大大降低了延遲，因此天線交換和天線調(diào)諧的可用時(shí)間更少。這可能導(dǎo)致需要使用在某些應(yīng)用中速度比4G 快10 倍的開關(guān)技術(shù)。

4G 到5G 過(guò)渡過(guò)程中的另一個(gè)重大變化就是手機(jī)必須支持寬度前所未有的帶寬。提高帶寬是5G 的基本宗旨：是實(shí)現(xiàn)以全新5G 頻段為目標(biāo)的更高數(shù)據(jù)速率的關(guān)鍵。單載波帶寬可高達(dá)100 MHz，即LTE 最高帶寬20 MHz 的5 倍（下圖），且在FR1頻率范圍內(nèi)，可存在2 個(gè)上行鏈路和4個(gè)下行鏈路載波，以分別實(shí)現(xiàn)200 MHz 和400 MHz 的總帶寬。管理該帶寬所面臨的挑戰(zhàn)預(yù)計(jì)將影響整個(gè)RF 子系統(tǒng)，這樣即使是最具創(chuàng)新精神的RF 公司也要提高標(biāo)準(zhǔn)。

圖：最大信道帶寬比較：4G LTE與5G NR

此外，考慮到信號(hào)在毫米波和低于10 GHz頻率下有著不同傳播和反射行為，5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在 兩種不同基本頻段的操作(下表)。在許多情況下，整個(gè)RF規(guī)范的要求會(huì)因兩種不同頻率范圍而 有所不同。低頻范圍內(nèi)(FR1)的信號(hào)可以使用頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)兩種模式，帶寬高 達(dá)100 MHz，載波聚合頻率高達(dá)400MHz。而FR2信號(hào)的頻率最高可達(dá)52.6 GHz，僅可在TDD模式下運(yùn)行，并且單信道帶寬高達(dá)400MHz。FR2信號(hào)還可以將多個(gè)載波組合在一起，以實(shí)現(xiàn)高達(dá)800 MHz的聚合帶寬。不久之后，規(guī)范可能會(huì)將這一聚合帶寬提高至超過(guò)1GHz。

表：新空口頻率范圍

所有這些因素都給研究人員和工程師研究對(duì)應(yīng)的新波形帶來(lái)了更大難度。他們?cè)趧?chuàng)建、發(fā)布和生成符合標(biāo)準(zhǔn)上行鏈路和下行鏈路信號(hào)方面面臨著新的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些信號(hào)相比以往具有更多配置、選項(xiàng)和更寬的帶寬。

圖：5G毫米波上行鏈路和下行鏈路OFDM操作

為幫助工程師在驗(yàn)證設(shè)備性能時(shí)能更輕松地創(chuàng)建多個(gè)5G波形組合，NI開發(fā)了NI-RFmx波形發(fā)生器。NI-RFmx波形發(fā)生器提供了一個(gè)統(tǒng)一的軟件環(huán)境，適用于創(chuàng)建和回放符合無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的波形，包括最新的新空口規(guī)范，可在NI PXI儀器上生成波形，或創(chuàng)建未鎖定、未加密的I/Q波形文件，以便在自動(dòng)測(cè)試序列中進(jìn)行回放。用戶可選擇CP-OFDM或DFT-S-OFDM方案，并且可配置信道寬度、開關(guān)調(diào)制方案并添加I/Q減損。用戶還可以創(chuàng)建無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、藍(lán)牙以及2G至4G和5G波形，以測(cè)試這些標(biāo)準(zhǔn)是否能夠共存。

圖：NI-RFmx波形發(fā)生器可輕松生成新空口波形

除了RFmx 波形發(fā)生器外，NI還提供NI-RFmx分析驅(qū)動(dòng)和API。這些API經(jīng)過(guò)高度優(yōu)化，可對(duì)LTE-A和新空口等無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理層(PHY)RF測(cè)量。NI-RFmx軟面板 (SFP)提供了熟悉且直觀的交互式體驗(yàn)，可讓用戶輕松展示RF測(cè)量結(jié)果。

配置寬帶測(cè)試臺(tái)，以覆蓋廣泛的頻率范圍

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB，Enhance Mobile Broadband）是ITU-R確定的5G三大主要應(yīng)用場(chǎng)景之一。

5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶：具備更大的吞吐量、低延時(shí)以及更一致的體驗(yàn)。5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶主要體現(xiàn)在以下領(lǐng)域：3D超高清視頻遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、可感知的互聯(lián)網(wǎng)、超高清視頻流傳輸、高要求的賽場(chǎng)環(huán)境、寬帶光纖用戶以及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。以前，這些業(yè)務(wù)大多只能通過(guò)固定寬帶網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)，未來(lái)5G將讓它們移動(dòng)起來(lái)。

為實(shí)現(xiàn)5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶某些極具挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵性能指標(biāo)，即超出20 Gb/s的下行峰值速率以 及1萬(wàn)倍以上的流量，5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩個(gè)基本頻率范圍內(nèi)不同信道帶寬下的寬帶場(chǎng)景。這旨在復(fù)用400 MHz左右至7.125 GHz(FR1)和24 GHz至52.6 GHz (毫米波FR2)范圍內(nèi)的許多現(xiàn)有頻段及 一些未獲得許可的新蜂窩頻段。5G 頻率趨勢(shì)一般低于 40 GHz。

圖：5G新空口的頻率范圍

5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要綜合考慮頻率、設(shè)備、終端、業(yè)務(wù)等發(fā)展成熟度，按照 5G業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)律，需合理規(guī)劃5G設(shè)備演進(jìn)路標(biāo)。

以中國(guó)聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)遠(yuǎn)景目標(biāo)為例，聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)遠(yuǎn)景目標(biāo)是建設(shè)“4G+5G”兩張網(wǎng)，兩張目標(biāo)網(wǎng)的定位如下：

● 5G 目標(biāo)網(wǎng)，以 3.5GHz 頻段作為城區(qū)連續(xù)覆蓋的主力頻段，2.1GHz 頻段可用于提高 5G 覆蓋容量補(bǔ)充，后續(xù)新申請(qǐng)的毫米波頻毫米波頻段 26GHz+40GHz作為城區(qū)數(shù)據(jù)熱點(diǎn)的重要補(bǔ)充；

● 4G目標(biāo)網(wǎng)，以 900MHz 和 1800MHz 頻段作為主要頻段，900MHz 主要用于廣覆蓋（兼顧 NB-IoT、eMTC 等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)），1800MHz 為 LTE 網(wǎng)絡(luò)容量層（遠(yuǎn)期根據(jù) 4G 業(yè)務(wù)量情況逐步重耕用于 5G）；

● 2G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)將逐步實(shí)現(xiàn)退網(wǎng)，將頻率重耕用于4G和5G。

圖：網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)目標(biāo)

對(duì)于面向大眾市場(chǎng)的移動(dòng)行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前尚未有合適的毫米波測(cè)試系統(tǒng)。由于各種新設(shè)備的不斷出現(xiàn)及未來(lái)出現(xiàn)的未知需求，開發(fā)更有效的驗(yàn)證平臺(tái)對(duì)測(cè)試工程師而言是一項(xiàng)巨大地挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)5G設(shè)備(包括最新的毫米波組件)測(cè)試方法需要工程師使用一系列昂貴的大型臺(tái)式儀器進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試。工程師亟需經(jīng)濟(jì)高效的測(cè)試設(shè)備來(lái)針對(duì)新設(shè)備類型配置大量測(cè)試平臺(tái)，這些測(cè)試設(shè)備應(yīng)具備以下特點(diǎn)：高度線性化；在極大的帶寬范圍中，具有緊密的幅度和相位精度；低相位噪音；廣泛的頻率覆蓋范圍，適用于多頻段設(shè)備；能夠利用其它無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試是否共存。為了適應(yīng)快速變化的測(cè)試要求，他們需要基于軟件的模塊化測(cè)試和測(cè)量平臺(tái)來(lái)覆蓋較寬的頻率范圍。

NI PXI矢量信號(hào)收發(fā)儀(VST)結(jié)合了RF和基帶矢量信號(hào)分析儀，具有1GHz瞬時(shí)RF分析帶寬或復(fù)雜I/Q 帶寬。VST不僅具備生產(chǎn)測(cè)試儀器的快速測(cè)量速度和小巧的外形結(jié)構(gòu)，同時(shí)也兼具研發(fā)級(jí)臺(tái)式儀器的靈活性和高性能。憑借其高帶寬，VST可直接用于5G測(cè)試平臺(tái)，并適用于各種具有挑戰(zhàn)性的 測(cè)試用例，包括載波聚合5G波形的數(shù)字預(yù)失真以及4G和5G的帶內(nèi)和帶間共存。

此外，得益于PXI 平臺(tái)的亞納秒級(jí)同步功能，測(cè)試臺(tái)可輕松增加更多的VST儀器，以支持MIMO配置的實(shí)現(xiàn)。

PXIe-5831毫米波矢量信號(hào)收發(fā)儀將頻率范圍擴(kuò)展至毫米波

毫米波VST為5G毫米波設(shè)備測(cè)試工程師提供了最高可達(dá)5G 毫米波頻率范圍(FR2)的VST性能，。毫米波VST采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的VST架構(gòu)，能夠以非常高的性價(jià)比提供更高的測(cè)量速度和毫米波性能。

毫米波VST支持多種頻率，工程師只需使用一臺(tái)儀器即可進(jìn)行IF(5-21 GHz)和射頻(23-44 GHz) 測(cè)試，因此也可以在同一系統(tǒng)上靈活地連接許多新型DUT，并測(cè)試新技術(shù)。每個(gè)毫米波VST 均支持集成校準(zhǔn)開關(guān)，用戶無(wú)需大量成本或大幅增加系統(tǒng)復(fù)雜性即可輕松擴(kuò)展端口數(shù)量， 而且多個(gè)毫米波VST可集成到一個(gè)PXI系統(tǒng)中，從而進(jìn)一步增加了測(cè)試臺(tái)的功能來(lái)測(cè)試 MIMO和相控陣列等新技術(shù)。

圖：基于毫米波VST的5G測(cè)試臺(tái)，適用于毫米波應(yīng)用

分析和驗(yàn)證5G組件

與其他標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)共存

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，會(huì)考慮采用獨(dú)立5G系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行組網(wǎng)，這種情況下，雖然5G可以提供高速業(yè)務(wù)和更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量，但是在某些覆蓋不足的地方，仍可以借助LTE系統(tǒng)來(lái)提供覆蓋和容量，因此雙連接仍將是一個(gè)不可或缺的技術(shù)手段。

5G的初始部署可能采用非獨(dú)立組網(wǎng)模式(NSA)，在這種模式下UE仍需要依賴LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈路控制，并使用5G連接作為高帶寬數(shù)據(jù)傳輸通道。

LTE系統(tǒng)中，處于雙連接模式下的UE，只在MeNB與MME之間存在一個(gè)S1-MME連接。提供S1-MME連接的eNodeB稱為主eNodeB(即MeNB)，另一個(gè)eNodeB用于提供額外的資源，稱為次eNodeB(即SeNB)。每個(gè)eNodeB都能夠獨(dú)立管理UE和各自的小區(qū)中的無(wú)線資源。MeNB與SeNB之間的資源協(xié)調(diào)工作經(jīng)由X2接口上的信令消息來(lái)傳送。

圖：雙連接模式下的UE的控制面連接示意圖，其中，S1-MME終結(jié)在MeNB，MeNB與SeNB之間經(jīng)由X2-C來(lái)互連。

因此，工程師需要驗(yàn)證5G新空口(NR)與帶內(nèi)和鄰帶 LTE的共存性。5G系統(tǒng)將采用帶寬分塊(bandwidth parts)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)5G和LTE信號(hào)的載波共享， 因而工程師需要使用間隔非常小的信號(hào)來(lái)驗(yàn)證其設(shè)備的性能。

未來(lái)的NR規(guī)范將納入未授權(quán)頻譜的輔助授權(quán)接入(LAA)技術(shù)，作為聚合輔助信道。這意味著工程師必須測(cè)試其設(shè)備對(duì)特定未授權(quán)頻段的影響情況，以確保兩者之間的共存。同樣地，當(dāng)UE包含符合各種標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)無(wú)線電收發(fā)器時(shí)，工程師必須進(jìn)一步關(guān)注帶內(nèi)和帶外信號(hào)的濾波和抗擾設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備內(nèi)不同標(biāo)準(zhǔn)的共存。

TX/RX 互易性

工程師在開發(fā)發(fā)射/接收系統(tǒng)時(shí)必須考慮的另一項(xiàng)重要因素是TX和RX路徑之間的互易性。例如， 當(dāng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)射功率放大器(PA)完全進(jìn)入壓縮區(qū)時(shí)，該P(yáng)A引入的幅移和相移(AM-AM和AM-PM 相應(yīng) )以及其他熱效將超過(guò)接收器路徑中低噪聲放大器(LNA)所引入的這些效應(yīng)。另外，移相器、可變衰減器和增益控制放大器以及其他器件的容差可能導(dǎo)致信道之間的相移不均勻，從而 影響系統(tǒng)的預(yù)期相位相干性。

因此對(duì)前端模塊(PA和LNA)、雙工器、混頻器和濾波器等RF通信組件進(jìn)行特性分析將面臨著一系列新的測(cè)量挑戰(zhàn)。為在較大帶寬下實(shí)現(xiàn)更高的能效和線性度，5G PA引入了數(shù)字預(yù)失真(DPD) 等線性化技術(shù)。由于電路模型難以預(yù)測(cè)記憶效應(yīng)，因此降低記憶效應(yīng)唯一有效方法是測(cè)試PA并在時(shí)域信號(hào)通過(guò)DUT后采集該信號(hào)，并應(yīng)用DPD技術(shù)?，F(xiàn)有的DPD技術(shù)要求測(cè)試設(shè)備生成并測(cè)量3到5倍帶寬的信號(hào)。這對(duì)于需要對(duì)帶寬為100、200和400 MHz的5G信號(hào)進(jìn) 行預(yù)失真的測(cè)試設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

圖：發(fā)射器和接收器的互易性分析

測(cè)試多頻段設(shè)備

5G NR大致可分為兩種非常不同的頻率范圍。其中FR1的頻段低于6GHz，與目前我們使用的4G LTE網(wǎng)絡(luò)使用的2至3GHz頻段相差的距離并不遠(yuǎn)。然后FR2，它使用的是24GHz范圍以上的頻段，基本上可以說(shuō)進(jìn)入到了非常高的范圍，而這種頻段通常被稱為毫米波（mmWave）。簡(jiǎn)單的說(shuō)，F(xiàn)R1的傳輸距離更遠(yuǎn)，有助于幫助5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋更廣泛的范圍。而另一方面FR2則更具有挑戰(zhàn)性：它能提供巨大的帶寬，但傳輸距離很近，并且也很難通過(guò)像墻壁這樣的障礙物。

以下是目前主流運(yùn)營(yíng)商采用FR1和FR2頻段的匯總：

隨著市場(chǎng)需求的變化和行業(yè)的發(fā)展，對(duì)多頻段前端模塊(front-end module，F(xiàn)EM)和PAMiD(power amplifier modules with integrated duplexer，帶集成雙工器的功率放大器模塊)進(jìn)行特性分析和測(cè)試也日益困難。這些器件需要能夠快速切換的多信道測(cè)試臺(tái)，以測(cè)試不同路徑和頻段組合的性能，有時(shí)可能需要并行測(cè)量不同的組合。此外，典型的測(cè)試還需要在不同的電壓電平；不同的載荷條件；有或無(wú)DPD情況下的輸出功率電平、線性度和調(diào)制精度；不同的頻段組合以及不同的溫度下進(jìn)行全面測(cè)試。

圖: 基于VST的多通道前端模塊測(cè)試系統(tǒng)

許多多頻段設(shè)備必須支持E-UTRAN New Radio Dual Connectivity(EN-DC)技術(shù)，即4G和5G標(biāo)準(zhǔn)雙連接技術(shù)。因此，需要覆蓋的測(cè)試用例也不斷增加，包括單載波和載波聚合信號(hào)的多種組合。此外，這些用例不僅需要在低于6GHz的頻段下進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)在也需要在7GHz左右的頻段下進(jìn)行測(cè)試，以考慮工作于非授權(quán)頻譜的5G NR(NR-U)。由于這些設(shè)備具有更高的集成度和組件密度， 因此分析LTE和NR信號(hào)傳輸時(shí)的熱管理和散熱就變得非常重要。

圖: FEM的測(cè)試用例數(shù)量隨著NR標(biāo)準(zhǔn)的演變不斷增加

包絡(luò)跟蹤

隨著蜂窩技術(shù)發(fā)展，調(diào)制的復(fù)雜度提高，對(duì) RF 組件的要求也變得越來(lái)越嚴(yán)格。在 RF 功率和線性度需求持續(xù)上升的同時(shí)，人們強(qiáng)烈要求降低電流消耗，這對(duì)電池壽命和熱性能產(chǎn)生了直接影響。5G 也不例外，5G規(guī)范讓困難度成倍增加。現(xiàn)在包絡(luò)跟蹤技術(shù)被越來(lái)越廣泛地運(yùn)用于優(yōu)化射頻功率放大器(PA)的功率附加效率(PAE)，而射頻功率放大器射頻PA正是電池電量最主要的消耗源之一。

包絡(luò)跟蹤技術(shù)的原理在于使放大器盡可能地在壓縮區(qū)運(yùn)行。該項(xiàng)技術(shù)基于這一事實(shí)：功率放大器的效率峰值點(diǎn)和輸出功率峰值點(diǎn)都會(huì)隨著供電電壓(Vcc)的變化而變化. 如下圖顯示了不同供電電壓值下，功率附加效率與輸出功率的函數(shù)關(guān)系。我們可以看出峰值效率的輸出功率隨著供電電壓的增大而增大。

圖：不同供電電壓下PAE與輸出功率之間的關(guān)系

包絡(luò)跟蹤測(cè)試使得原本就復(fù)雜的系統(tǒng)變得愈加復(fù)雜。為了讓功率放大器成功地執(zhí)行一項(xiàng)包絡(luò)跟蹤計(jì)劃，射頻基帶波形和供給電壓之間必須緊密同步。如下圖所示，一個(gè)典型的包絡(luò)跟蹤測(cè)試系統(tǒng)包括一個(gè)射頻信號(hào)發(fā)生器和分析儀、用于控制功率放大器的高速數(shù)字波形發(fā)生器以及一個(gè)用于為放大器供電的電源。

圖:典型的包絡(luò)跟蹤測(cè)試裝置

高效5G前端的測(cè)試工程師需要測(cè)試其設(shè)備在5G信道帶寬下的包絡(luò)或更高頻率。將包絡(luò)跟蹤技術(shù)擴(kuò)展到5G NR所需的100 MHz上行帶本不太可能，因?yàn)闇y(cè)試臺(tái)必須能夠觸發(fā)并生成極寬的基帶包絡(luò)信號(hào)大型波形基本完全對(duì)齊。然而，工程師也在努力嘗試實(shí)現(xiàn)這一性能效率和電池壽命，從而滿足用戶需求。此外，可精確部署包絡(luò)跟蹤覆蓋范圍和容量，這兩個(gè)參數(shù)均是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的重要指標(biāo)。

圖:包絡(luò)跟蹤測(cè)試系統(tǒng)圖

新型毫米波操設(shè)備

5G為了進(jìn)一步提高頻譜效率、克服傳播損耗等問(wèn)題，5G大規(guī)模天線基站普遍采用波束成形技術(shù)?；疽ㄟ^(guò)波束掃描找到手機(jī)，然后手機(jī)和基站之間通過(guò)業(yè)務(wù)波束信號(hào)建立業(yè)務(wù)交互。這是一個(gè)很吸引人的設(shè)計(jì)，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)起來(lái)也是非常復(fù)雜的。波束使用同頻還是異頻，波束參數(shù)，信號(hào)質(zhì)量、端到端性能，OTA射頻性能等看起來(lái)簡(jiǎn)單幾個(gè)問(wèn)題，其實(shí)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真階段就要考慮進(jìn)來(lái)，一個(gè)成功的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠顯著降低產(chǎn)品生命周期各階段的風(fēng)險(xiǎn)。

高級(jí)波束成形技術(shù)需要系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)

為了避免大量傳播損耗，5G需要采用波束成形子系統(tǒng)和天線陣列。測(cè)試新的波束成形IC需要采用快速可靠的多端口測(cè)試方案。這些測(cè)試方案必須測(cè)試每條路徑的信號(hào)增益和相位控制，以確保適當(dāng)?shù)男盘?hào)細(xì)窄/尖銳程度(level tapering)和相位調(diào)整，從而減少旁瓣和正確控制波束的方向。但是，由于這些測(cè)試方案需要朝著毫米波方向設(shè)計(jì)，因此本振引入的系統(tǒng)相位噪音會(huì)成倍增加，甚至可能占據(jù)主導(dǎo)地位，從而給組件測(cè)試帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。測(cè)試儀器必須在FR1和FR2范圍內(nèi)均提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍，以分析和驗(yàn)證這兩個(gè)5G頻段內(nèi)的組件性能是否一致。

RF-RF波束成形器

測(cè)試5G波束成形設(shè)備時(shí)，如下圖中的波束成形設(shè)備，工程師需要在多個(gè)寬頻段下測(cè)試最大線性輸 出以及各個(gè)路徑的壓縮行為。他們還必須檢查衰減器的步進(jìn)誤差以及每個(gè)步進(jìn)的相位偏差。對(duì)于接收路徑，他們還需要對(duì)噪聲系數(shù)與頻率之間的關(guān)系進(jìn)行分析。

鑒于信號(hào)是雙向的，因此最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是反轉(zhuǎn)與測(cè)試儀器之間的連接，但對(duì)于水平和垂直極 化的多端口設(shè)備(8個(gè)、16個(gè)甚至更多)來(lái)說(shuō)，這個(gè)方法并不可行。測(cè)試儀器必須包括專為多端口測(cè) 試而設(shè)計(jì)的快速雙向切換解決方案。

圖:水平和垂直極化的波束成形器IC

IF-RF波束成形器

其他類型的波束成形設(shè)備(即IF-RF波束成形器)可將中頻(IF)信號(hào)上變頻為RF信號(hào)。反之，這些設(shè) 備也可以將接收到的RF信號(hào)下變頻為IF信號(hào)(見下圖)。正如上述針對(duì)RF-RF波束形成器的討論， 工程師還需要在不同頻率范圍內(nèi)分析這些組件的性能，測(cè)量每個(gè)步進(jìn)的幅度和相位變化，并檢查 頻率變化是否適當(dāng)，同時(shí)最小化鏡像信號(hào)和高階諧波干擾。IF-RF波束成形器還帶來(lái)了其他測(cè)量 挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈冃枰诓煌蓄l下生成IF信號(hào)并進(jìn)行分析，具體頻率取決于特定設(shè)備的頻率設(shè)計(jì)。例如，部分DUT在 8或12 GHz的IF下工作，而有些DUT則將其IF設(shè)置為18GHz。

圖：IF-RF波束成形器設(shè)備

工程師需要分析和校正5G波束成形器設(shè)備的誤差源，以確保正確的傳輸功率、精確的方向控制和可靠的靈敏度。這些誤差源包括：IQ減損和信號(hào)平坦度，模塊之間的LO相位噪聲和頻移，天線元件之間的相位差，信號(hào)細(xì)窄/尖銳程度(tapering)控制以及隔離和互耦。

這需要測(cè)量信號(hào)從一個(gè)路徑傳輸?shù)搅硪粋€(gè)路徑的變化是否最小，這是因?yàn)樘炀€元件和信號(hào)路徑之間的互耦會(huì)影響MIMO操作和信號(hào)解調(diào)性能。

數(shù)字控制挑戰(zhàn)

自動(dòng)分析多頻帶FEM和多通道波束成形器還需要快速且簡(jiǎn)單的數(shù)字DUT控制。很多時(shí)候，工程師需要串行外設(shè)接口(SPI)和MIPI等數(shù)字協(xié)議在超頻狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，以便在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中運(yùn)行其DUT。例如，如果是波束成形器，則該設(shè)備必須滿足5G技術(shù)對(duì)波束靈活性的要求(波束搜索、匹配、跟蹤和波束成形等)。這需要在極短時(shí)間內(nèi)更改狀態(tài)。為了滿足這一需求，測(cè)試臺(tái)需要的數(shù)字儀器必須能夠更快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字協(xié)議。

NI測(cè)試解決方案基于PXI儀器和靈活的測(cè)試軟件，使工程師能夠快速配置時(shí)間同步且相位相干的多通道測(cè)試系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化RFIC特性分析、驗(yàn)證和生產(chǎn)測(cè)試。

最新的多核處理器可幫助用戶更快速地生成并行測(cè)量結(jié)果，以應(yīng)對(duì)不斷增加的測(cè)試用例。此外， 該解決方案還集成了各種快速的數(shù)字預(yù)失真算法，使用戶能夠部署和實(shí)時(shí)執(zhí)行自定義算法，從而快速可視化PA性能結(jié)果。

圖：集成式PXI工作臺(tái)采用DPD和包絡(luò)跟蹤技術(shù)進(jìn)行FEM測(cè)試

此外，針對(duì)需要控制和測(cè)試IC的半導(dǎo)體工程師，NI PX平臺(tái)還提供了專用的高速數(shù)字I/O儀器。這些數(shù)字儀器基于drive format和time set概念，其中NI 數(shù)字pattern編輯器提供了豐富的軟件體驗(yàn)，包含了各種調(diào)試和特性分析工具，比如數(shù)字示波器。

2019年是中國(guó)5G商用元年，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要考慮多種建設(shè)場(chǎng)景。為了滿足市場(chǎng)對(duì)5G技術(shù)的迫切需求，研究人員和工程師需要依賴于更快、更具成本效益的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

雖然測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上必須能夠測(cè)試目前的AiP設(shè)備，它們還必須能夠適應(yīng)未來(lái)的波束成形和OTA的測(cè)試要求。這意味著，測(cè)試系統(tǒng)必須具備靈活性，不僅可以測(cè)試當(dāng)前的設(shè)備，而且也可以適應(yīng)未來(lái)的半導(dǎo)體技術(shù)。由模塊化硬件和靈活軟件組成的NI平臺(tái)使工程師能夠利用新的儀器功能來(lái)加快并簡(jiǎn)化5G設(shè)備的特性分析、驗(yàn)證和生產(chǎn)測(cè)試。