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5G毫米波离商用还有多远?

2019-11-11
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2019年中国国际信息通信展览会上,工信部与三大运营商举行了5G商用启动仪式。11月1日,三大运营商纷纷推出各家5G套餐,中国正式迈入5G时代。5G波段主要分为两个技术方向,分别是 Sub-6GHz 以及高频毫米波(mmWave)。其中Sub-6GHz就是利用6GHz以下的带宽资源来发展5G。目前,实现商用的就是Sub-6GHz波段。

5G首先在Sub-6GHz频段得以商用,得益于Sub-6GHz频段所使用的技术可以沿用4G时期开始发展的技术,与之相关的射频组件产业链也相对成熟。虽然Sub-6GHz具有着优势,但是,由于该频段资源有限,也使得业界将目光投向了毫米波。资源相对丰富的毫米波凭借着更大的带宽,可以实现数千兆级数据速率,支持在密集空间重用,解决重点区域承载问题。除此之外,毫米波还具备低时延的特性,可以满足更多5G领域的需求。因而,3GPP在部署5G频段时,就在原有的Sub-6GHz频段上,又引入了毫米波。而伴随着5G毫米波的引入,也意味着需要基站、射频组件等也要做出相应的调整。


5G毫米波的到来将催生大量新型网络服务,并有望为工业应用和校园部署提供快速、低延迟的固定无线网络。而在从开发到生产的整个过程中,实施全面完善的测试和测量方法对于 5G 的成功部署至关重要。5G产品从设计到商用则必然要经过测试。因而,5G毫米波测试也是5G毫米波产品是否能够顺利走入市场的关键环节之一。NI认为,要想实现 3GPP 标准委员会规定的数据速率,需要采用渐进的方法,而不是对现有基础设施进行迭代增强。换而言之,就是需要新的测试方法,来满足5G时代下的毫米波测试。


从技术角度来看,测试设备是否符合运营商和 3GPP 委员会规范至关重要,这需要测试多个不同的参数,例如调制质量、射频放大器线性度、接收机信噪比、发射机效率等。由于使 用毫米波来发射和接收信号,使得测试工程面临着诸多新挑战,比如通信时可能会遇到当前sub-6GHz 蜂窝技术未曾遇到的一些传播和信号路径问题,而且在设计新组件和半导体器件也会碰到许多新难题。


在毫米波频率下,传播损耗较高,因此波束成形的作用就显得更为重要。而用于 5G 的波束成形测试系统需要扫描宽频谱,并能够测试每条路径的最大线性输出和压缩行为。快速双向多端口开关测试解决方案是任何 5G 开发和生产测试环境的先决条件。


在这种需求之下,非常适合测量和分析波束形成器和FEM的实际性能特性的OTA测试,成为了对毫米波测试过程中的新宠儿——3GPP 已经明确低频和高频的射频一致性测试,如EVM、ACLR、OBUE等指标的测试,都将采用OTA方式。


OTA测试是通过“over the air”方式实现与测试仪表连接,除了需要测试仪表,还需要有OTA chamber,以及实现控制DUT和测试仪表的OTA系统软件。利用软件的辅助,来对原有的设备的进行升级,在一定程度上,能够确保射频测试设备能够及时供应市场的需求。


具体来看,OTA测试会模拟产品的无线信号在空气中的传输场景,而此种测试方式,可将产品内部辐射干扰、产品结构、天线的因素、射频芯片收发算法、甚至人体影响等因素考虑进去,是一种在自由空间验证无线产品空口性能的综合性测试方法,非常接近产品实际使用场景。


但是,5G要想使用OTA测试,还存在着一些挑战。 这其中,首要问题在于5G和LTE所用的测试技术存在根本性差异,如毫米波频率,大规模天线阵列、波束成形还有动态物理层属性等方面。除此之外,OTA评估需要也考虑到测量距离的问题。


NI 毫米波 OTA 参考解决方案就是一种 OTA 测量系统。该系统包含用于波形生成和分析的 NI 高带宽毫米波矢量信号收发仪(VST)、高增益天线以及具有高精度实时运动控制定位器的射频电波暗室。借助测试序列生成器,工程师可以配置该解决方案,以便分析 DUT 波束成形功能的特性并对其进行验证。该解决方案还包含一套完整的软件,为测得的数据提供了一系列可视化选项。

波束成形测量数据可视化(来源:NI)


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