【無(wú)線射頻通信】-5G毫米波進(jìn)展及測(cè)試工程指南

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----5G毫米波進(jìn)展及測(cè)試工程指南為?服務(wù)?客戶(hù)，?全球?的?服務(wù)?運(yùn)營(yíng)?商?在?頻?譜?上?花費(fèi)?了?幾?十億?美元。開(kāi)發(fā)?新的?頻?譜?能夠?讓?服務(wù)?運(yùn)營(yíng)?商?容納?更多?用戶(hù)，?并?供應(yīng)?更?高性能?的?移動(dòng)?寬?帶?數(shù)據(jù)?體驗(yàn)。?與?小?于6Ghz的?頻?譜?相比，?毫米波?更加?豐富，?需要?的?許可?也?更少。目前?先進(jìn)?的?硅?制造?工藝?大幅?降低?了?毫米波?設(shè)備?的?價(jià)格，?完全?可?用于?消費(fèi)?電子?產(chǎn)品。?目前?影響?毫米波?應(yīng)用?的?主要?問(wèn)題?在于?這個(gè)?頻?譜?的?許多?方面?都沒(méi)?經(jīng)過(guò)?討論，?需要?解答?技術(shù)?問(wèn)題。

5G毫米波最新進(jìn)展

11月1日，IMT-2023(5G)推動(dòng)組（下稱(chēng)"推動(dòng)組'）5G試驗(yàn)工作組組長(zhǎng)徐菲在5G創(chuàng)新進(jìn)展高峰論壇上表示，截至今年10月，華為完成了5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試的功能、射頻和外場(chǎng)性能，華為海思芯片進(jìn)行了5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)的室內(nèi)功能測(cè)試。參加5G毫米波測(cè)試的還有愛(ài)立信、中國(guó)信科、諾基亞貝爾、中興系統(tǒng)廠商，以及芯片公司高通、紫光展銳等。

目前中國(guó)正在分階段推動(dòng)5G毫米波技術(shù)試驗(yàn)工作方案。據(jù)IMT-2023(5G)推動(dòng)組消息，2023年8月-2023年12月，驗(yàn)證5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)特性；2023年，方案驗(yàn)證毫米波基站和終端的功能、性能和互操作，開(kāi)展凹凸頻協(xié)同組網(wǎng)驗(yàn)證；2023-2023年，方案開(kāi)展典型場(chǎng)景驗(yàn)證。

5G毫米波面臨的測(cè)試挑戰(zhàn)

始終以來(lái)，人們都認(rèn)為射頻工程是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性特別強(qiáng)的技能，由于射頻技術(shù)并不總是如預(yù)期那樣工作，而射頻工程就是為了制服這一技術(shù)難題；而且隨著5G的消失以及5G所依靠的新通信架構(gòu)方法的消失，射頻工程的重要性也在不斷凸顯。要想實(shí)現(xiàn)3GPP標(biāo)準(zhǔn)會(huì)規(guī)定的數(shù)據(jù)速率，需要采納漸進(jìn)的方法，而不是對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行迭代增加。

與4G相比，5G不僅引入了24-40GHz的毫米波頻率，還同時(shí)也帶來(lái)了相應(yīng)的挑戰(zhàn)在已授權(quán)和未授權(quán)sub-6GHz頻率范圍內(nèi)多無(wú)線電接入技術(shù)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)頻譜共存？無(wú)論是開(kāi)發(fā)新的5G智能手機(jī)、固定網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)還是基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到最終生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中的全部階段，都需要部署牢靠、穩(wěn)定的測(cè)試方案，這一點(diǎn)特別重要。

從技術(shù)角度來(lái)看，測(cè)試設(shè)備是否符合運(yùn)營(yíng)商和3GPP會(huì)規(guī)范至關(guān)重要，這需要測(cè)試多個(gè)不同的參數(shù)，例如調(diào)制質(zhì)量、射頻放大器線性度、接收機(jī)信噪比、放射機(jī)效率等。由于使用毫米波來(lái)放射和接收信號(hào)，測(cè)試工程面臨著諸多新挑戰(zhàn)，比如通信時(shí)可能會(huì)遇到當(dāng)前sub-6GHz蜂窩技術(shù)未曾遇到的一些傳播和信號(hào)路徑問(wèn)題，而且在設(shè)計(jì)新組件和半導(dǎo)體器件也會(huì)遇到很多新難題。

圖1.新5G架構(gòu)組件的可能測(cè)試插入點(diǎn)（來(lái)源：NI）

圖1僅顯示了在規(guī)劃5G設(shè)備測(cè)試方案時(shí)的一些可能測(cè)試點(diǎn)?；鶐瞻l(fā)儀使用正交調(diào)制IQ波形，對(duì)于此類(lèi)波形，線性度、IQ信號(hào)校準(zhǔn)和中頻信號(hào)調(diào)理都是關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)。工程師需要能夠使用高線性度測(cè)試設(shè)備，生成5G波形，并獲得能夠處理高帶寬IQ波形的測(cè)試集。同樣，通過(guò)上下變頻將IF轉(zhuǎn)換為毫米波的射頻收發(fā)儀同樣需要嚴(yán)格的測(cè)試。信號(hào)完整性、放大器效率、輸出功率以及去除無(wú)用諧波和相位噪聲假象都是可能需要考慮的測(cè)試指標(biāo)。

其實(shí)，除了工作頻率不同之外，上面重點(diǎn)介紹的信號(hào)鏈的幾個(gè)方面與傳統(tǒng)4G設(shè)備有許多共同之處。但是，供應(yīng)5G功能必需用到波束形成器和前端模塊(FEM)。

由于在毫米波頻率下，傳播損耗較高，因此波束成形的作用就顯得更為重要。但是，使用毫米波頻率有一個(gè)好處，即天線元件的尺寸可以大幅縮小，因此可以在相對(duì)較小的物理空間中安裝大量元件，這樣一來(lái)，波束成形就成為了提高天線增益的可行方法。通過(guò)將模擬移相器和數(shù)字電路相結(jié)合，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備可以將信號(hào)轉(zhuǎn)向目標(biāo)接收機(jī)，從而提高接收到的信號(hào)強(qiáng)度，擴(kuò)大操作范圍，并降低誤碼率(BER)。

測(cè)量方面的挑戰(zhàn)在于如何通過(guò)這些基于IC的新波束成形組件和FEM來(lái)進(jìn)行特性分析并獲得精彩性能。這些組件包括混頻器、濾波器、功率放大器和低噪聲放大器，要應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，關(guān)鍵在于在維持能效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高帶寬線性度。數(shù)字預(yù)失真(DPD)通常用于提高傳輸信號(hào)的線性度，但這要求測(cè)試設(shè)備能夠生成和測(cè)量帶寬五倍于所需值的信號(hào)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G測(cè)試系統(tǒng)的帶寬要求。

發(fā)送和接收路徑的互易性也需要進(jìn)行測(cè)試。例如，功率放大器進(jìn)行壓縮區(qū)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生幅移和相移。此外，可變衰減器、可變?cè)鲆娣糯笃骱鸵葡嗥鞯壬漕l組件的容差可能在通道之間產(chǎn)生不均等的相移，這可能會(huì)影響FEM的相位相干性。

用于5G的波束成形測(cè)試系統(tǒng)需要掃描寬頻譜，并能夠測(cè)試每條路徑的最大線性輸出和壓縮行為?？焖匐p向多端口開(kāi)關(guān)測(cè)試解決方案是任何5G開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)測(cè)試環(huán)境的先決條件。

超?快速?毫米波?OTA?驗(yàn)證?測(cè)試技術(shù)

工程?師?在?研發(fā)?新?5G?毫米波?設(shè)備?的?時(shí)候，?面臨?著?嚴(yán)峻?的?測(cè)試?挑戰(zhàn)，?即?如何?對(duì)?設(shè)備?空?口?(OTA)?的?波束?形成?性能?進(jìn)行?特性?分析。?由于?缺乏?用于?評(píng)估?設(shè)備?性能?的?傳統(tǒng)?連接?器?測(cè)試?端?口?(connectorizedtestport)，?工程?師?需要?在?消聲?室?中?很?謹(jǐn)慎?地?掌握?射頻?環(huán)境，?并?認(rèn)真?地?配置?并?執(zhí)行?3D?空間?掃描。?因此，?執(zhí)行?此類(lèi)?空間?掃描?特別?耗?時(shí)?而且?成本?昂揚(yáng)。

用于?毫米波?OTA?驗(yàn)證?的?測(cè)試?解決?方案?必需?滿(mǎn)意?以下?要求：

供應(yīng)?具有?成本?效益、?無(wú)?噪聲?且?掌握?精準(zhǔn)?的?OTA?測(cè)試?環(huán)境向?工程?師?快速?供應(yīng)?具體?的?測(cè)量?結(jié)果?和?曲線通過(guò)?適當(dāng)?shù)?系統(tǒng)?校準(zhǔn)?降低?OTA?測(cè)量?不?確定性簡(jiǎn)化?配置?和?執(zhí)行?全面?的?自動(dòng)?化?OTA?測(cè)試?序列?的?過(guò)程

毫米波OTA驗(yàn)證測(cè)試參考架構(gòu)

通過(guò)?連續(xù)?掃描?3D?空間，?將?OTA?測(cè)試?時(shí)間?從?數(shù)?小時(shí)?縮短?至?幾?分鐘，?并?使用PXI?平臺(tái)實(shí)現(xiàn)?DUT?定位?器?與?射頻?生成?和?分析?引擎?的?緊密?同步。借助?無(wú)?噪聲?的?射頻?消音?室?和?經(jīng)過(guò)?適當(dāng)?特性?分析?的?靜?區(qū)，?獲得?牢靠?的?OTA?測(cè)量?數(shù)據(jù)。借助?毫米波矢量?信號(hào)?收?發(fā)儀來(lái)?驗(yàn)證?AiPDUT?的?高?帶?寬?波束?形成?性能，?該收?發(fā)?儀?支持?全部?3GPP?信道?帶?寬?和?符合?5G?標(biāo)準(zhǔn)?的?波形。利用?NI?的?毫米波?OTA?驗(yàn)證?測(cè)試?軟件，?輕松?配置?各種?空間?掃描，?以?對(duì)?DUT?天線?方向?圖?進(jìn)行?特性?分析，?同時(shí)?可?快速?生成、?查看、?存儲(chǔ)?或?安排?具體?的?參數(shù)?結(jié)果。

?縮短?5G?毫米波?OT測(cè)試?時(shí)間

與?傳統(tǒng)?的?點(diǎn)對(duì)點(diǎn)?軟件?掌握?測(cè)試?系統(tǒng)?相比，?NI?的?毫米波?OTA?驗(yàn)證?測(cè)試?參考?架構(gòu)?可在?24GHz?到?44GHz?的?5G?毫米波?頻?段?內(nèi)?快速?掃描?OTA?空間，?關(guān)心?用戶(hù)?顯著?縮短?AiP?器件?的?OTA?射頻?驗(yàn)證?測(cè)試?時(shí)間。?這?一?全新?的?參考?架構(gòu)?使得?正在?討論?最新?5GAiP?器件?的?特性?分析?和?驗(yàn)證?工程?師?能夠?利用?更寬、?更?簡(jiǎn)單?的?5G?新?空?口?信號(hào)?討論?其?器件?的?波束?成形?性能，?同時(shí)?縮短?開(kāi)發(fā)?周期。?NI?的?快速?OTA?測(cè)試?方法?可?關(guān)心?工程?師?使用?更?密集?的?空間?網(wǎng)?格?并?獲得?更?精細(xì)?的?3D?空間?辨別?率，?同時(shí)?維持?較?短?的?測(cè)試?時(shí)間。?此外，?借助?NI?的?毫米波?OTA?驗(yàn)證?測(cè)試?軟件，?驗(yàn)證?工程?師?可以?在?生成、?可?視?化、?存儲(chǔ)?或?發(fā)布?具體?的?參數(shù)?結(jié)果?時(shí)?快速?配置?這些?空間?掃描，?以?分析?其?器件?的?天線?方向?圖?特性。

NI?始終?以來(lái)?致力?于?不斷?擴(kuò)大?5G?毫米波?器件?的?測(cè)試?范圍，?同時(shí)?關(guān)心?用戶(hù)?降低?測(cè)試?成本?和