NI半导体营销主管谈5G毫米波测试所遇到的挑战

日前，美国国家仪器公司（NI）半导体营销主管David Hall接受了Electronics Media的采访，他分享了对mmWave（毫米波）相关测试挑战的见解，mmWave波束成形以及5G测试的表征和验证的相关领域研究。

美国国家仪器公司（NI）半导体营销主管David Hall

使用mmWave和其他可用解决方案部署5G时必须面对的主要挑战是什么？

与6 GHz以下或FR1部署相比，频率范围2（FR2）或24至40 GHz的5G部署带来了相当大的技术挑战。从芯片级一直到网络级，mmWave频率的信号的电路级和OTA都与低频非常不同。功率放大器和收发器等mmWave组件在历史上并未面临着在移动设备中应用，因此效率，占用空间，带宽甚至线性要求等都不同。

当然，部署mmWave系统最明显的系统级挑战之一是信号传播，虽然波束成形等技术可以改善移动设备的接收信号强度，但它主要解决的还是基站和移动设备之间连接问题。

5G mmWave部署的另一个主要挑战是制造和测试这些设备，同时还要降低成本。移动手机中mmWave系统的市场需求可能比4G设备的需求高出一个数量级。业界正在拼命寻找经济高效的解决方案，以帮助他们在更短的时间内测试大量高度集成且复杂的mmWave器件，例如天线集成封装（AiP）。

毫米波测试在消费领域面临哪些挑战？

测试mmWave设备需要在测试设备本身和工程师的测试技术方面进行重大创新。以生产测试为例，传统mmWave测试设备主要设计用于航空/国防应用，如雷达和卫星通信测试，与5G等大规模商业技术所需的价格点，性能和占地面积不一致。在消费领域，5G mmWave组件所需的测试设备需要比传统解决方案更宽的瞬时带宽，更高的动态范围和更快的测量速度。这是NI设备可以通过模块化方式加速优化mmWave测试的驱动因素之一。

5G时代的波束成形比4G时代更重要吗？它的重要性体现在哪里？

由于这些高频信号的传播特性，波束成形在mmWave中至关重要。使用模拟和数字波束成形技术的组合，基站能够以更高的接收强度向终端用户传送下行链路信号，并且用户设备可以将其波束正确地聚焦到基站，从而更有效率。波束成形的使用最终通过使用更高阶调制方案和更低的误码率来扩展操作范围并提高数据速率。

什么是波束成形表征和波束成形验证测试？它是如何工作的？

表征mmWave无线电的波束形成能力需要通过空口（OTA）测试。在典型的测试设置中，无线电放置在暗室的3D万向节上。利用连接到腔室内的静态接收天线的RF信号分析器，无线电被配置为以特定波束图案发送上行链路信号。为了表征这种波束模式，RF信号分析仪在旋转被测器件的同时进行一系列RF功率测量。

通过在方位角和仰角上扫描设备，工程师可以获得被测设备的3D天线方向图。在这个实现中，表征波束成形设备的历史限制之一是保证RF信号分析器与DUT定位器的移动同步，同时时间尽可能短。NI最近在波束成形测试方面的一项创新是利用PXI平台的强大功能来更紧密地同步这些组件，从而获得更快的测量结果。

请详细介绍NI针对6GHz以下频段（Sub-6GHz）的5G测试解决方案

对于低于6 GHz的5G设备，NI提供从研发实验室到产线的全套测试解决方案。对于验证测试，NI的矢量信号收发器（VST）提供高达1 GHz的瞬时带宽，以测试RF前端模块（FEM）和收发器等组件。利用高带宽的特性，工程师也可以使用NI的数字预失真软件（DPD）在线性化条件下测试RF FEM。在典型的器件表征方案中，NI解决方案的速度使工程师能够显着缩短工程样品的测试时间，从而缩短产品上市周期。

对于量产测试来说，NI的半导体测试系统（STS）提供业界领先的测量吞吐量和精度。使用该系统，工程师能够对为用户设备（UE）和基站应用设计的FEM进行并行测试。凭借PXI的测量速度优势，当使用STS代替传统的ATE系统时，典型的STS用户能够将测试吞吐量提高20％至50％。

NI在5G高级通信系统上进行的最新研究是什么？提供什么服务？

5G测试最重要的研究领域之一是OTA测试领域。尽管基于实验室的OTA测试系统已经变得相当普遍 - 但实验室环境中使用的方法无法满足量产所需求的成本和速度。因此，NI继续研究OTA测试的近场和远场方法，以准备在未来提供基于OTA的制造测试解决方案。