EN CN
注册

【IC设计】直面5G测试挑战!NI全新解决方案助力5G驶入快车道

来源:DX       

随着5G商用的逐渐来临,从芯片到终端全产业链已经掀起了一股5G技术潮流。

在今年年初的MWC上,华为、一加等众多5G手机的问世,成为5G早期的驱动力,2019年也被业界称为5G元年,当然未来5G技术的应用不仅仅是手机,还有可能是汽车、飞机、家电、公共服务设备等众多设备。5G将会是推动社会进步和经济发展的重要利器。

5G的发展势必会引入一些新的关键技术,诸如OFDM优化的波形和多址接入、灵活的框架设计、大规模天线(Massive-MIMO)、毫米波技术(mmWave)等等。

由于新技术的加入,5G设备日益复杂,对于测试环节来说必须最大限度缩短产品上市时间和减少测试成本,所以测试方法也需作出改变。

OTA成为5G重要测试技术

长期来看,5G测试比较大的挑战是由于毫米波和大规模天线技术引入使得无线设备更加复杂集成化。

5G网络通常在基站端叠加更多MIMO子系统,也就是大规模天线系统。而这样的大规模天线给开发工程师带来的测试挑战是显而易见的,如前传接口连接的高吞吐量、天线阵列校准、天线单元间的相互耦合、不规则的天线阵列、天线阵列复杂,这些因素都会增加测试的难度和测试成本。

此外,毫米波一直被誉为是提升5G性能的利器,其关键优势之一是可用的大量频谱带宽。以往,基于sub 6GHz频段的4G LTE蜂窝系统可以使用的最大带宽是100MHz,数据速率不超过1Gbps。而在5G sub-6GHz与毫米波频段,移动应用可以使用的最大带宽是400MHz,数据速率高达10Gbps甚至更多。以前毫米波大多都是应用在军工领域,现在推广到商用化应用领域,测试设备需要覆盖毫米波频段,这对在毫米波段的测试仪表的提出了新的挑战。

针对5G设备而言,增加的频率范围、新的AiP天线(Antenna-in-package)封装技术和更多的天线数量使测试难度增加,还造成测试设备的成本和运单个设备测试时间的增加。市场上普遍认为OTA(over-the-air,空口)方法技术可以帮助解决这些问题,且OTA对于5G设备测试至关重要。主要基于以下三点考虑:

  • 被测设备(DUT)的集成度大幅提升,无法使用电缆在被测设备和测试设备之间建立物理连接,传统测试方法不适用;
  • 毫米波频率下的信号传输损耗很高,因此需要通过波束聚焦或波束成形来提高增益;
  • OTA的测试环境需要十分接近5G设备的实际使用环境,能够最大限度保证设备的可靠性。

高效的OTA测试是5G部署的关键,OTA的实现涉及到众多环节。对于设计表征、验证、合规和一致性测试来说,适当的微波暗室(消声、CATR或混响类型)可以提供安静的射频环境,确保设计满足所有的性能和法规要求,并具有足够的裕量和可重复性。然而,对于批量生产来说,传统的微波暗室会占用大量的生产空间,并增加资本支出。

为解决这些问题,市场上出现了具有OTA功能的IC测试插座,以及带有集成天线的小型射频外壳,从而将半导体OTA测试功能小型化。尽管测量天线距离DUT IC只有几厘米,但是对于每个天线元件的远场测量来说,这个距离已经足够。相对较小尺寸的测试插座还有助于多站点并行测试增加测试吞吐量,同时最大限度地降低信号的功率损耗。不过,小型测试插座会妨碍整个天线阵列的波束成形测量,这种测量的远场距离一般是10厘米甚至更远。

NI构建5G生态圈,助力加速5G商用

随着产品开发周期的不断缩短,灵活且可扩展的测试系统对于OTA测试来说至关重要。NI(National Instruments)作为测试测量行业的引领者,一直在围绕这些新技术,研发相关的测试测量解决方案。

日前,在2019 SEMICON China展会期间,NI就展示了多种针对5G和其应用场景的测试技术和设备。

NI的软件定制测试平台与最新的5G NR PHY层要求保持同步,其中包含测试宽NR分量载波或载波聚合信号所需的测量科技和瞬时带宽。NI的高带宽仪器还允许通过数字预失真技术对DUT进行线性化。此外,NI平台还为多通道测量系统提供相位相干和时间对齐扩展,以便对最新的NR半导体设备进行全面测试。

NI 5G-NR PA/FEM测试系统

事实上,从实验室到量产,NI都能提供全套的解决方案帮助5G设备厂商直面挑战。针对5G芯片对于测试速度提出更高的要求,NI PXI平台能提供更加便捷灵活的自动化测试工具,帮助客户构建更加高效的自动化测试系统。尤其是面对芯片量产阶段的多种多样的测试需求,NI模块化的方案比台式仪表更加灵活更具有市场竞争力。

在5G技术从原型验证到商业部署不断推进的各个阶段,NI都扮演着重要的角色。从2015年开始,NI即开展‘射频领先用户计划’,联手业界领先的企业与高校一起探索5G相关的原型化与研究。为保证5G商用的快速落地,NI还与行业领导企业保持密切合作,开发高度模块化、软件定义的测试策略和解决方案。

例如,Qorvo公司的专用于在3.4GHz频谱下运行移动设备QM19000 5G FEM,FEM测试采用NI PXI系统进行,该系统可帮助客户尽早地在移动设备中部署5G。Skyworks利用NI的矢量信号收发器(RF VST)来验证专为5G新空口应用开发的Sky5™解决方案的性能。借助NI PXI平台,Skyworks成功地验证了关键的性能基准,加速了整个产品的测试周期。此外,NI还与三星合作开发针对28 GHz的5G新空口互操作性设备测试。诸如此类的案例不胜枚举。

中国5G市场的潜力有目共睹,NI也在不遗余力地加大投入。去年,NI在上海成立了研发中心及亚太区培训中心,同时配备了专门的5G/射频研发团队。今后将为全球5G商用产品的性能优化提供低成本解决方案,以加快推进5G系统研发和推动产业进步。