NI針對(duì)5G新要求的測(cè)試解決方案

隨著2017年12月 3GPP第一版NR部分sub-6GHz部分草案落地，以及接下來(lái)Phase2的部分草案逐步落地，半導(dǎo)體廠商及終端廠商開(kāi)始基于相關(guān)草案快速進(jìn)行商用化。在快速商用化過(guò)程中必然會(huì)在軟件及測(cè)試方面存在諸多難題，如何解析當(dāng)下局面，在軟件及測(cè)試上實(shí)現(xiàn)快速通關(guān)成為5G發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

在第七屆EEVIA年度中國(guó)ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)上，NI中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)工程師馬力斯先生就相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和分享。

5G發(fā)展現(xiàn)狀

   5G現(xiàn)在主要有三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，即對(duì)于帶寬和數(shù)據(jù)吞吐量要求很高的增強(qiáng)型移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，面向物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的低功耗應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，以及面向無(wú)人駕駛等場(chǎng)景的超低延時(shí)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。

而針對(duì)5G落地時(shí)間，3GPP和國(guó)際電聯(lián)先前也做出了相應(yīng)的規(guī)劃，具體見(jiàn)圖1。

圖1 3GPP和國(guó)際電聯(lián)對(duì)5G落地時(shí)間的規(guī)劃

從 5G NR部分來(lái)看，可以劃分為Phase 1和Phase 2兩個(gè)階段，而隨著2017年12月3GPP第一版sub-6GHz落地（屬于Release 15版本），關(guān)于Phase 1的物理層及一些參數(shù)級(jí)上的規(guī)范也得以相對(duì)明朗。

5G新特性對(duì)測(cè)試設(shè)備的新要求

子載波間距

新版本的5G New Radio Sub-6GHz部分相對(duì)于4G LTE一個(gè)重要的變化就是子載波間距的變化。4G國(guó)內(nèi)使用的是15kHz固定的子載波間距，但是到了5G NR用的則是靈活的子載波間隔。這主要是因?yàn)楹撩撞l段也將會(huì)作為5G應(yīng)用頻段，在擴(kuò)展到毫米波頻段時(shí)，包括帶寬和子載波間距都需要有一個(gè)很大的調(diào)整，這樣的調(diào)整對(duì)于設(shè)計(jì)及測(cè)試提出了新的要求。

帶寬

在帶寬方面，除了sub-6GHz，在毫米波部分可能會(huì)更多地應(yīng)用400MHz帶寬，這對(duì)于測(cè)試廠商來(lái)說(shuō)，特別是像高端射頻前端一些芯片應(yīng)用，它可能還會(huì)用到數(shù)字預(yù)失真、包絡(luò)跟蹤方式，這就需要測(cè)試設(shè)備有更高的帶寬，才能滿足這種設(shè)計(jì)的要求。

獨(dú)立組網(wǎng)與非獨(dú)立組網(wǎng)

現(xiàn)在4G的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛部署，而要升級(jí)到5G網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)在中間的組網(wǎng)形式和部署場(chǎng)景還存在一個(gè)變革過(guò)程。2017年12月落地的版本提出了非獨(dú)立組網(wǎng)形式（NSA），這種組網(wǎng)形式中4GLTE網(wǎng)絡(luò)和5G基站其實(shí)是共存的，這就意味著近兩年的5G手機(jī)終端還是4G到5G的一個(gè)切換過(guò)程，需要芯片廠商和終端廠商設(shè)計(jì)的芯片和生產(chǎn)的終端要同時(shí)支持4G和5G網(wǎng)絡(luò)。而這樣的方式其實(shí)是為了更快地實(shí)現(xiàn)5G落地和商用，之后也會(huì)慢慢過(guò)渡到獨(dú)立組網(wǎng)（SA）的方式，即接入網(wǎng)和核心網(wǎng)都是更多的采用5G的形式（具體運(yùn)營(yíng)商及終端廠商對(duì)兩種網(wǎng)絡(luò)布局參見(jiàn)另一篇稿件：http://www.butianyuan.cn/article/201804/378416.htm）。

圖2 獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)方式

現(xiàn)在已經(jīng)明確的5G網(wǎng)絡(luò)部署形式為5G測(cè)試帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于非獨(dú)立組網(wǎng)形式，要求5G設(shè)備在滿足5G測(cè)試的同時(shí)，還需兼容4G要求，因此帶來(lái)的干擾、頻段等問(wèn)題都必須解決，而相關(guān)測(cè)試設(shè)備也都要提供完整測(cè)試方案。

總結(jié)起來(lái)，當(dāng)下5G測(cè)試上面臨的挑戰(zhàn)主要包括：第一是復(fù)雜性的提升，包括靈活的參數(shù)級(jí)，子載波間距變化，射頻前端的新要求；第二是4G和5G的共存問(wèn)題，在前端的芯片設(shè)計(jì)上面都是會(huì)把它高度集成化的設(shè)計(jì)到單一的前端芯片上面；第三是更多的射頻指標(biāo)的測(cè)試，包括高帶寬、高調(diào)制特性，以及更好的EVM；第四是是測(cè)試時(shí)間及成本的要求，“快”是在5G時(shí)代面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

5G對(duì)測(cè)試儀器的新要求

儀器小型化

傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器有諸多缺點(diǎn)，如圖3左圖，工程師的每天會(huì)用到諸多儀器，包括頻譜儀、信號(hào)源、網(wǎng)分、電源、源表等，多臺(tái)儀器不僅占用空間大，而且難以做同步測(cè)量，特別是對(duì)高復(fù)雜度自動(dòng)化測(cè)試影響尤為明顯。而NI將這些平臺(tái)化儀器進(jìn)行了集成，將所有儀器放到一個(gè)小型機(jī)箱中，并且用PXI的技術(shù)完成很好的同步機(jī)制，從而能夠更快地幫助工程師完成相關(guān)測(cè)試工作。

圖3 集成化及小型化的測(cè)試儀器

算法簡(jiǎn)便化

在算法方面，NI將FFT、傅里葉變換等算法部署到FPGA中，鑒于FPGA強(qiáng)大的處理能力，極大地提升了運(yùn)算速度及測(cè)試效率。

基于PXI的5G測(cè)試平臺(tái)

針對(duì)于5G NR部分，NI最近推出了滿足3GPP Release 15版本的測(cè)試平臺(tái)（NI PXI < 6 GHz5G-NR解決方案），該平臺(tái)基于PXI平臺(tái)，典型的測(cè)試指標(biāo)和對(duì)協(xié)議的支持全部在軟件上面有一個(gè)全新的升級(jí)，能夠滿足5G相關(guān)協(xié)議支持和測(cè)試項(xiàng)目。而由于是以軟件為中心的平臺(tái)，相對(duì)來(lái)說(shuō)更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議的升級(jí)和換代。

圖5 基NI PXI < 6 GHz5G-NR解決方案