NI：做更快更高效的以软件为中心的5G测试方案提供商

在第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上，NI公司向电子工程专辑在内的众多行业媒体与通信企业工程师，介绍了以软件为中心的测试平台帮助企业做5G设备与终端的研发测试的解决方案，同时也透露了5G通信行业的最新进展。

图：NI中国技术市场工程师马力斯在做“以软件为中心的测试平台如何助力抢位5G时代”的主题演讲

易维讯CEO兼首席分析师赵艳表示，业界对2020年实现5G商用的规模化基本上已经达成了共识，在2017年底NR的标准第一稿推出后，意味着3GPP、5G标准进展向前迈出实质性的一步，它会有利于尽快开展5G NR验证及建设工作，中国已经成为5G全球“战场”的重要一环。NI在基于5G原型部署到测试的NI平台化解决方案方面，积极协助中国的研发力量，抢占5G商用的先机。

5G商用的最新进展

NI中国技术市场工程师马力斯也认为，在2017年12月份的时候3GPP第一版NR部分sub-6GHz部分的草案已经落地之后，看到非常多的半导体厂商以及终端厂商基于这个草案开始非常快速的设计以推动5G商用化。在这之后，还有5G Phase 2的一些草案正在逐步落地。在如此短的时间内，NI的5G测试方案，可以帮助半导体公司以及终端厂商，非常快速实现产品的设计。

上面PPT截图明示了3GPP和国际电联这边5G落地的一个时间表。从5G NR部分来看，分Phase 1和Phase 2，Phase 1其实已经在去年12月3GPP第一版在sub-6GHz已经落地，这一块主要集中在物理层，以及一些参数。

从去年落地的那个版本看到，我们可以想象到现在部署的一些场景到底是什么样。现在4G的网络已经部署了这么多，我们要升级到5G网络，其实在中间的组网形式和部署场景还有变革的过程。在去年12月份落地的这个版本，规定我们在非独立组网的方式，也就是说现在的4G LTE网络和5G基站，其实两个是共存的情况，也就意味着像我的手机，比如说今年落地的一些芯片，还有明年可能会看到落地的现在市场上讲到的5G手机终端，这些在4G和5G其实还是切换的过程，对于4G的支持和5G的支持，在芯片厂商和终端厂商其实都是要满足的。

这样的方式其实是更快的办法5G的落地，之后也会慢慢过渡到5G独立组网的方式，也就是说我的接入网和核心网都是更多的采用5G的形式。在很多现在已经非常明确的部署形式，对于我们来说在这几种形式之间就会带来非常多的挑战，特别是对于非独立组网这种形式。非独立组网的挑战在于我们在满足5G要求的同时，还并行要兼容4G的要求，因为频段上面的一些重合，这个时候特别对NI这样一个测试测量厂商，同时也对于很多工程师和设计公司来说，测试来说就会有非常大的挑战，它的一些干扰，频谱的一些问题，会存在混合这种模式所带来的一些问题。

这边会带来的New Radio我们看来的新的一些技术慢慢的加入其中，会看到更高的一些频段，像毫米波频段，之前在移动通信网络里面，像4G之前一直都没有探索，但是现在5G主要是集中在这种方面的研究上面，刚才还谈到像基站这边的Massive MIMO这是手机这边MIMO的一些情况，这些都会增加不管是从芯片还是系统级设计的复杂性。

上图是去年落地的Release 15.0.0版本。去年落地的第一版其实就属于Release 15这个版本，新版的5G New Radio Sub-6GHz部分和后面到底有些变化，4G LTE这边一个重要的变化就是在子载波间距这一块，因为4G我们这边使用的都是15KHz这样固定的子载波间距，但是到了5G NR这部分其实都是用灵活的子载波间隔。为什么要用灵活的子载波间距呢？因为到后面如果扩展到毫米波频段，包括带宽和子载波间距，其实都是要有一个非常大的调整，而不是使用原来固定的这种方式，这样的调整其实对我设计上也有一些新的要求。

除了在sub-6GHz，在毫米波部分可能会更多的考虑到像400MHz这样一个带宽，这样一个带宽对于测试厂商来说，特别是有些应用，像高端的射频前端的一些芯片，它可能还会用数字预失真，包络跟踪这种方式，这种方式其实就需要我的测试设备有一个更高的带宽，才能满足这种设计的要求。整个来说，其实我这边的复杂度以及带宽的要求，对于测试厂商，仪器要满足更高的带宽，才能满足现在的挑战。

5G PA和FEM测试的三大挑战

简单总结5G的测试挑战。第一个方面是复杂性的提升，包括非常灵活的参数级，包括子载波间距，以前固定的方式变成可灵活调配的子载波间距，在射频前端这些要求，对测试来说其实也是非常重大的挑战。

第二个方面是4G和5G共存的问题，在前端的芯片设计上面都是会把它高度集成化的设计到单一的前端芯片上面，整体来说会增加我整个设计的复杂度，对测试来说也有更高的要求，就是更多的射频指标的测试，包括高带宽，还有高的调制特性，其实就需要更好的EVM，对仪器的指标有更高的要求。

上图是一个5G前端前端芯片内部的结构，可以看到设计的复杂度。

第三个是测试时间和更快的上市时间，时间和成本，快这一点是在5G时代面临的一个严峻挑战。

NI提供的5G测试解决方案

马力斯介绍，NI提供的都是通用化的以软件为中心的测试平台，在实验室这边这种小的机台，到量产这边我们只是换了外面机台的包装形式，以及后续再加入专门针对于量产的loadboard和portcard一些设计，和分拣器Handler进行非常好的对接，可以完全满足量产的一些设计要求。因为内部的核心其实都是一样，可以通过软件的方式进行升级，代码可以最大化的利用，最后可以更多的提升测试时间和测试效率。

他举了一个例子。Broadcom的PA芯片方案，通过使用NI VST平台实现提升测试速度的目的（时间缩短了5倍）。通过这样我把算法部署到FPGA里来加速，可以达到很高的效率。

回归到5G。刚才提到现在看到整个5G transceiver，其实收发器设计的基本上会是这样一个形式为主。它在基带的部分就是数字的，后面加上ADC，进行上变频和下变频过后，再到前端，除了5G本身的前端支持，在单颗芯片里面还会继续加入2G、3G、4G。因为我们刚才提到现在非独立组网这种形式，手机的前端也是要满足以前蜂窝各种协议的要求。我们整个单一芯片看起来复杂度会比以前高很多，这个对我们测试来说，还有设计工程师来说就有一个非常大的挑战。

针对于5G NR部分，我们在最近也是推出了满足3GPP Release 15这个版本，就是sub-6GHz这样一个平台，本身我们就是基于PXI平台，像刚才所提到的这些协议支持和测试项目有一个非常好的满足，包括像典型的射频指标的测试，相对于EVM，像SAP还有一些争议，但是典型的测试指标和对协议的支持全部在软件上面有一个全新的升级，因为我们是以软件为中心的平台，相对来说对协议的升级和换代是非常容易的一件事情。

上面是我提到的是NI帮助Qorvo业界看到的第一款5G射频前端商用的模组QM19000.在这款新品上面所使用的测试平台是NI的测试平台，这是当时在伦敦的一个演示，这一块也是帮助我们很多的客户完成非常早期的测试平台搭建。

今天也提到了很多毫米波的部分，因为刚才讲到是sub-6GHz的部分，sub-6GHz部分现在已经是相对比较明确我们到底怎么做，我们的一些指标、一些设计要求到底是什么，但是在5G Phase 2的一些规范落地之前，还会有非常多的讨论，就是在毫米波的部分，特别是对于手机来说，毫米波的一些要求其实对复杂度有非常大的提升。因为毫米波本身波长的变化，导致这边天线会变得比以前小很多，集成到我的手机上面相对来说比较容易，小很多的这种天线很多在毫米波部分，因为我要做很多beamforming，那我再做天线阵列的话，会考虑进行天线阵列方式的设计。

对于测试厂商来说，像这种大规模的天线阵列针对于毫米波部分，其实又提出了非常多的测试挑战。在实验室到底怎么来做，量产这边怎么来做，因为一旦这个芯片涉及到天线阵列，特别是到量产，我做FT测试，它其实没有很多的RF Port，因为在真正的产线测试里面，很多其实是通过RF Port和cable进行直连测试的。

对于毫米波的部分，因为本身天线已经设计的非常强，没有一个port开出来，而且天线就是集成到这个芯片里面，这时候很多在毫米波部分可能就会用OTA的测试，OTA就是空口测试，在毫米波测试是一个非常火热的话题，但是这样对我包括整个环境的要求就会非常高，一般来说我们可能就会放到我们这样一个chamber上面来进行测试。

我们可能会考虑到毫米波上面测试的一些情景非常多，我考虑到使用天线阵列的话，那里面其实就是使用了波束成形技术，那beam到底怎么来打，因为基站和手机之间，基站如果用Massive MIMO技术，它其实也是使用了beamforming，它其实就是会来扫，扫我现在手机的beam到底在哪里，其实它有非常多的角度或者空间的beamforming技术，它就是会来扫空间上我对接的UE这边到底是在哪里，如果对我测试来说，如果它来扫的话，来旋转我的UE部分，就是第一种情况，DUT是UE这边的天线，我可以对它进行旋转，我这边一个测试的雷达头对它进行测试，我物理的进行旋转，这边测试头就可以非常好的进行对接，参数也可以非常好的设计，这个对我的成本上和时间上，因为它旋转，可能就会有一些时间的考虑，这是我的测试方法的部署情况。第二种，可能我的DUT（待测件）这边是不动的，但是我会用多个毫米波雷达头进行DUT设计，虽然我这边画的是三个，但是也有可能是更多，就是看真正我的角度要怎么来摆，虽然会有非常好的覆盖，但是雷达头这边造价是不便宜的，而且是非常贵的，对用户来说如果选用这种方式，成本又是另外一个因素。第三个可能用的方式，其实就是用现成的天线，接到基础的仪器上面，中间用功率计来进行测试，这种相对来说成本效益上有非常高的提升，如果台式仪表接到后面，它的性能指标我并不能说和前面的attena有非常好的吻合，这个又要打一个问号，所以对于我们的用户来说，不同的情景和不同的使用情况，对毫米波性能的测试其实都有非常多的变化。

我们这边看到毫米波测试更多的领域，其实也不仅仅是局限于刚才那一点，它还会有非常多的要求，可能高带宽的要求，为什么毫米波频段会放到5G里面，正是因为它这样的频段之前并没有被非常好的利用，是非常广阔的一片频段我们可以进行使用，它的带宽我们其实可以拓展到非常高。我的相位噪声和SNR是不是有一个非常好的指标，对于毫米波部分我的LO是不是有一个非常好的指标，其实也是一个非常大的考量，当然还有一些其他的，因为我要做OTA测试，OTA要做calibration，一些校准的问题又暴露出来，这些种种的问题，最后还会考虑到一点，就是我的测试时间和测试成本，我在考虑这些问题复杂度上面还会再考虑到business方面的一些问题，这个整体的复杂度就是非常大的问题。

传统的一些测试厂商怎么来做？就是我刚才所提到，前面低频的部分通过一个上变频器再加一个雷达头进行测试，特别当5G部分我可能有77GHz频段，可能有39GHz，可能有24GHz，还有其他一些频段，频段的一些变化，前面这个头怎么来进行选择，我的Mixer，我的LO这边是不是有非常好的指标，其实这个也要打一个问号。最关键的不同频段的选择，我换的一些仪器所带来的成本效益，还有我面对市场上的变化，这些所有的仪器能不能非常好的进行工作，这些都是在我的毫米波测试里面会考虑到的非常紧急也非常现实的问题。

而这个台式仪器当然也是非常大，NI其实把它做到非常小的方面，甚至我们有一些用户在进行外场测试，做channel sounding的时候，把它提到外场来做，设备的功耗和大小其实也是一个制约因素。NI使用的方法是集成化的方式，我们把算法部署到FPGA上面，我刚才也提到，像基本的FFT的运算，还有其他一些运算，我把这些数据丢到FPGA里面，其实可以速度提升非常多。另外，雷达头的选择，NI本身提供不同频段的雷达头，特别是针对于5G这个场景化有非常好的适应。

我这边想讲的是NI在前年推出了毫米波transceiver的系统，我们很多的用户其实在5G非常早期的时候，进行毫米波领域设计原型的时候，他们就是选择这个平台，搭配包括基带、高速ADC、前端，包括上下变频器的雷达头，还有一个非常好的本振，这样一个系统化其实又满足我们在原型领域就有非常好的应用，像NOKIA，像其他一些厂商其实就是使用这个平台进行毫米波原型的验证。对于测试，我们其实也是基于这个同样的平台，但是里面做很好的calibration，然后再做一些，特别是对于版本升级过后测试上面那些指标和规范的满足，其实可以满足很多市场上不同应用领域的变化，像这样一个平台化，有些用户还把它用在汽车的毫米波雷达上面，因为我们这边也写了77GHz这个范畴，我们这个频段只要换前端的雷达头就可以满足不同应用领域的要求，在射频毫米波领域带宽已经变得非常宽，实时带宽现在也是2GHz，像一些研究所和高校在这样高带宽的前景应用下，对于channel sounding数据高速的吞吐量都会有一个非常好的提升。

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