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5G推动新的测试方法

测试/验证提供商声称在提供支持毫米波和低频网络的5G网络组件的竞争中取得了稳步进展。 从没有适用于5G独立新无线电(NR)的现有测试设备开始,测试公司正在推出能够在有限范围内处理mmWave组件测试的设备。

5G是下一代无线通信协议,因其承诺提供移动网络速度,延迟降低10倍,吞吐量提高10倍,频谱效率提高3倍。 高通公司工程副总裁John Smee在IEEE最近举行的波士顿国际微波研讨会上的5G峰会上发表演讲时,它还将拥有高出100倍的流量,网络容量和效率,以支持10倍的设备。

这些功能在很大程度上依赖于高级网络功能的使用 - 包括波束成形,相控阵和大规模多输入/多输出(mMIMO) - 但它们更多地依赖于扩展可用于移动网络链路的频率范围。

移动网络目前的工作频率范围为400MHz至6GHz,主要集中在2.5GHz至3.5GHz范围内。

几乎所有现有的测试和商用5G网络都存在于6GHz以下的范围内,这需要在软件,网络,天线配置和其他功能方面进行一些调整,但是只需要从3G转换到4G所需的变化,例如ETS-Lindgren技术开发总监Michael Foegelle表示。 “我们之前已经做过,”他说。 “这需要一些努力,但我们知道如何处理它。”

最大的好处和变化来自向24GHz以上的毫米波(mmWave)频率的转变。 这些频率提供的带宽比可用于移动通信的所有其他频率组合更多,但它们也代表了半导体制造商未开发的领域。


图1:多点天线测试。 资料来源:National Instruments

“在前几代无线技术中,天线是全向或宽波束,”Jabil的副总裁兼无线首席技术官Kevin Loughran在最近的NIWeek上发表演讲时表示。

专为5G mmWave连接而设计的器件需要采用相控阵天线设计,这就产生了问题。 这些天线对于足以用于4G天线的功率探头而言太小且太复杂。 相控阵天线必须能够发送和接收在实际条件下测试的异形波形。

“波束成形和大规模MIMO等5G技术采用64或128个天线单元阵列,”Loughran说。 “通过向多个天线单元发送信号并独立调整相位和增益,我们可以将能量引导到特定点。”

其他人看到类似的问题 “主要的挑战是封装以及天线可能会成为实际连接器的事实,” Advantest美国应用研究和技术副总裁Keith Schaub说。 “对于毫米波,封装是天线。 Xcerra在过去几年中谈到过无线屏蔽插座。 我们正在研究一些类似的东西,一些不同的东西。 理想的是能够将其放入包中而不必触摸它或测试它,因为它已经完成了。 这些解决方案已经存在于汽车雷达中,但数量并不大。 我们认为我们有新的想法,我们将在未来几个月展示它们。 一个涉及如何处理嵌入式软件包。“

这不可能太快发生。 就在今年3月,细胞网络测试和验证方面的专家表示,他们缺乏经过验证的工具和技术来测试或验证新mmWave 5G设备中的组件。 实际上,找到一种测试mmWave天线/ RF IC元件的方法与前几代产品有很大不同,现有的现成测试设备无法应对这一挑战,2018年6月的一项研究发表在IEEE Access上。

5G天线不是第一个必须在消声室中进行测试的天线,但是不熟悉的天线设计,易于阻塞的频率,不完整的标准和仍在开发的软件的组合使得设置困难,误差很大,Foegelle说。

尝试开发自己的5G芯片,组件或系统的公司的一个主要缺点是缺乏自动化测试设备(ATE) - 以及尽快将5G产品推出门外的压力 - 促使许多人拼凑他们的美国国家仪器公司首席营销人员大卫·霍尔说,他们使用网络分析仪或高频射频分析仪提供自己的解决方案。

5月21日,美国国家仪器公司宣布推出支持5G mmWave的PXI矢量信号收发器,这是一种软件定义无线电架构的测试系统,它结合了矢量信号发生器,信号分析仪和基于FPGA的实时信号处理器。

该单元是基于PXI的模块,能够在频率为55GHz的情况下以1GHz的带宽进行切换。 它可以在测试仪配置中支持多达72 mmWave端口,允许集成最多32个通道的切换,以测试波束成形和相控阵功能。 它还允许同时在5Ghz至21GHz和23GHz至44GHz进行测试。

业务端是一个消声室,通过将待测设备悬挂在RF不透明腔室内来隔离被测设备(DUT),以便可以移动信号源从任何角度对其进行测试。 根据NI首席软件工程师Gerardo Orozco的说法,移动信号源而不是DUT有助于减少从各个角度测试DUT所需的移动次数,并有助于缩短总体测试时间。 他说测量时间从6分钟减少到大约23秒。

罗德与施瓦茨公司也开发了一种基于消声室的综合测试系统,但它将自己的单元和NI作为研发支持的特征 - 其中快速周转的优先级低于生产。

Rohde&Schwartz设备可以对5G组件进行独立测试,也可以与3G或4G测试集成5G。 该公司此前曾宣布其他5G相关测试设备,包括为Qualcomm Snapdragon X50 5G调制解调器的完整3GPP 5G新无线电规范测试而设计的版本。

从视角来看,过去一年中5G测试的数量稳步增长。 Cadence产品管理和市场营销高级主管Frank Schirrmeister表示,现在正在扩展包括mmWave测试。

Schirrmeister说:“去年与国家仪器工作人员和罗德与施瓦茨合作,我们看到了一些上升趋势。” “我们有客户将这些系统连接到用于数字测试的仿真,但它对于天线而言更少,而对于他们的芯片则更多,后者成为5G系统的应用处理器和调制解调器。 大多数人现在都使用标准的FPGA接口,而且工作在更传统的层面上。 但是这里还有另一个完整的测试级别。 如果你突然有一千个非常小的设备进入你的环境,你如何测试一群移动物体? 必须在模拟级别或多实例仿真中完成更多工作,以确保这些内容可以相互通信。 但是,如果您更多地关注调制解调器和应用处理器,那么这不是通常的测试。 对我们来说有趣的是,看起来我们对仿真能力的投注以及处理亿门设计的能力确实得到了回报,仅仅因为复杂性要求它。


图3:测试中的挑战。 资料来源:NI / IC Insights

随着公司急于赶上5G浪潮,肯定会有更多的测试和开发,但测试和设计的需求也来自技术本身的复杂性。

“如果你看看Massive MIMO,复杂性正在彻底改变基带处理器,” Synopsys物联网战略营销经理Ron Lowman说。 “你看到ASIC设计师利用它来构建自己的基带处理器,甚至其他技术,如机器学习被添加到基础设施。 需要高速SerDes来处理不断增加的带宽。 涉及多个无线电的事实可能对我们意味着更多的业务,但是在为载波聚合和大规模MIMO等设计基带时也存在更多的复杂性,这意味着更多的迭代,更复杂。 它有很多方面,很难深入到一个特定的事情,只关注它。“

Lowman指出,随着复杂性的增加,测试设备的作用也发生了变化,包括更多的设计支持,这可能会鼓励更多的迭代和矿石测试。

NJYS负责全球营销,合作伙伴关系和CXO通信的Rajeev Rajan表示,极高水平的竞争也可能诱使人们根据对5G市场mmWave或6GHZ以下部分可能发生的事情的过早假设做出决策。 。 “我们现在似乎正在用5G向竞争对手推进一些事情,我们还没有网络。 我们必须密切关注它应该做的事情 - 带宽,低延迟,高容量。 仅创造一些东西是不够的。 当我在高通时,他们进行了4G推出然后进行了优化,它很漂亮,但不是马上。 例如,某些地方的环境密度存在问题。 最终,我们将到达一个我们拥有设备,人员和网络都在一起移动的地方,它就像一部交响曲。“

但是,这种情况发生的速度并不清楚。 第一步是能够在制造过程中快速而充分地测试这些设备,而且现在还有很长的路要走。

· 2019-06-13 11:09  本新闻来源自:semiengineering,版权归原创方所有

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