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从Sub-6GHz到毫米波&从原型验证到量产测试,NI双维度全面布局助力抢位5G时代

时间:2018-04-25 阅读:
5G商业化之路到底有多争分夺秒?2017年12月底,3GPP 5G NR标准第一稿刚落地。2018年2月底MWC同期,NI率先推出符合5G NR 3GPP标准R15规范的Sub-6GHz 5G新空口参考测试解决方案,用以进一步帮助客户快速对其5G设计进行特性分析,并从研发轻松过渡到生产测试环境……

5G商业化之路到底有多争分夺秒?2017年12月底,3GPP 5G NR标准第一稿刚落地。2018年2月底MWC同期,NI率先推出符合5G NR 3GPP标准R15规范的Sub-6GHz 5G新空口参考测试解决方案,用以进一步帮助客户快速对其5G设计进行特性分析,并从研发轻松过渡到生产测试环境;几乎同时,Qorvo正式宣布与NI联合演示测试业界首款市售5G RF前端模块QM19000,而该款FEM正是采用NI PXI系统进行测试…… “其实,在这个时间点(3GPP 5G NR标准第一稿刚发布)我们会看到众多的半导体厂商以及终端厂商正基于这个草案非常快速地开展5G商用化,”近日,NI中国技术市场工程师马力斯在深圳举行的第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上提出,“那么,在这么短的时间内NI是如何帮助半导体公司以及终端厂商,在快速的变化中实现5G设计、原型验证以及最终的量产测试?”

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图1. NI中国技术市场工程师马力斯现场分享NI助力客户抢位5G时代的法宝。

比快更快,5G时代特征下NI以软件为中心的平台方案正当时

核心正是NI一直推行的以软件为中心的平台化解决方案。“时势造英雄”,NI解决方案在5G时代,在半导体测试领域的异军突起离不开当下多种新兴技术积聚引发的综合效应:4G网络广泛部署刚就位,在综合考虑成本、时间的前提下,非独立组网下4G和5G网络共存就成为让5G更快落地的必经之路;而5G标准制定后期Phase 2中的毫米波部分,更是将带宽一举提升至400MHz;此外,为提升频谱利用效率的Massive MIMO技术也将进一步提升5G芯片甚至是5G系统设计的复杂性……马力斯表示,对于5G新标带来的测试挑战,NI将其概括为以下3点:

1.复杂性的提升:据马力斯介绍,不同于4G使用15KHz固定的子载波间距,5G NR部分都是采用灵活的子载波间距,而这也是为了适应5G后期毫米波频段的调整;不止于子载波间距的灵活性,对于带宽的更高需求始终在列,据悉毫米波部分将更多考虑400MHz的高带宽,而对于一些高端的射频前端芯片,其所涉及的数字预失真、包络跟踪等技术,还将要求测试设备具备更高的带宽;同时,5G测试同步带来更多的射频指标测试,以及更高的调制特性,即更好的EVM,这些都对测试仪器的指标带来更高要求。

2.共存的两面性:4G和5G共存,虽然是推动5G尽快落地的必经之路,但仍带来不少难题,频段重合带来的频谱干扰以及5G FEM未来高度集成化的单芯片设计……这都势必反推到对测试仪器指标的更高要求。

3.“生死时速”的时间效应:从2017年底5G NR标准第一稿推出至今,5G商用化已初见端倪,随后2018年6月份即将落地的Sub-6GHz 独立组网部分以及将于2019年12月定稿的 3GPP R16标准,让5G加重了“时间紧、任务重”的时代特性,“更快的测试时间、更快的上市时间,‘快’已成为5G时代面临的一个严峻挑战,”马力斯强调道。

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图2. NI中国技术市场工程师马力斯现场总结概括5G时代下的测试挑战。

“本是同根生”,NI打通实验室到量产测试助力客户抢位5G时代

而NI以软件为中心的平台化解决方案正是为“时间紧、任务重”而生。不同于传统实验室台式仪器的多种类(频谱仪、信号源、电源等)、尺寸大、多个仪器难以同步配合、测试速度慢等特点,NI将其平台化仪器封装在一个小尺寸的机箱中,并利用PXI技术实现了很好的同步机制,由此带来的是测试速度的极大提升。同时,通过将高精尖算法部署到FPGA中,得益于其天然运行的处理能力NI从软硬件双维度大幅提升测试效率。

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图3. 基于从实验室特征分析到量产测试的一体化测试平台,NI助力客户抢位5G时代。

同时,由于NI的实验室测试方案已经具备仪表级的射频测试性能,这也使得根植于NI实验室测试方案的NI量产测试设备STS能够更好地统筹未来5G芯片将要面对的单一芯片中集合模拟、射频以及数字部分的多面测试,而这也是专注于数字芯片测试的传统AET自动化测试设备无法融入,或者说无法以高性价比方式融入的一大短板。

此外,由于NI STS与NI实验室测试方案PXI平台“本是同根生”,带来的直接效应就是代码、硬件资源和投资的最大化复用,大幅减少台式仪表和STS设备之间数据关联、比对的时间,进一步提升测试效率。

“之前有谈到NI将如何帮助客户进行5G测试速度的提升,其实我们也正是用这套以软件为中心的测试方案打通实验室特征分析到量产测试,帮助客户进行5G时代更快速的测试、更快速的部署、更快速的商用化,博通正是通过使用NI的方案将其PA的测试效率提升了5倍,”马力斯补充道。

Qorvo同台力证,NI Sub-6GHz 5G NR参考测试解决方案凸显软件优越性

最巧合的是,一同参加第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会的就有业内首款市售5G RF前端模块提供者Qorvo,Qorvo的演讲嘉宾在现场特别提到,NI作为Qorvo的测试合作伙伴,联合测试了这款集成了一个功率放大器和一个低噪声放大器的5G FEM。借助NI PXI系统的灵活性,Qorvo可以在重复使用相同的硬件前提下,使用各种波形快速测试FEM设计。

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图4. NI以软件为中心测试平台的优越性被Qorvo首款市售5G FEM芯片测试力证(上),其Sub-6GHz 5G新空口测试解决方案也于同期发布(下)。

如前所述,在与Qorvo宣布联合测试的同期,NI推出了符合3GPP标准的Sub-6GHz 5G新空口参考测试解决方案,并强调该解决方案的关键部分是NI-RFmx NR测量软件,同时这款软件会跟随着3GPP规范的步伐进行演变。通过将高性能RF测量设备与快速灵活的测量软件相结合,NI以软件为中心的测试解决方案可以帮助客户在产品开发的多个阶段重复使用相同的仪器和测量设备,从而缩短其测量数据关联时间和产品上市时间。

应对5G“新天地”,NI推出实时带宽高达2GHz可灵活更换射频头的毫米波测试方案

不同于业界对Sub-6GHz频段的熟悉,毫米波在为5G打开了一块新天地的同时,也为测试测量领域带来了一块亟待开采的“无人之境”。信道特性的未知性,天线阵列的难测试性以及后续OTA测试的高要求,都使得毫米波测试困难重重。

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图5. 5G毫米波测试的多重困难。

NI用集成化的方式,将其算法部署到FGPA,并提供不同频段的雷达头,对应5G场景化的应用推出了实时带宽高达2GHz的NI 毫米波收发仪系统,很好地解决了测试设备功耗及尺寸大小的制约因素,甚至方便一些客户随身携带进行外场测试,例如信道测量等。

据马力斯介绍,其实在5G非常早期,很多客户在进行毫米波领域设计原型的时候,就选用了NI的毫米波收发仪系统,例如NOKIA。由于统一源于NI以软件为中心的理念,这套系统同样适用于测试场景,只需将其软件进行版本升级以满足测试的指标和规范即可,例如,部分NI客户已经将其用于77GHz汽车毫米波雷达的测试。“只需更换前端不同频段的射频头,这套毫米波测试方案即可满足不同应用领域的要求,”马力斯补充道,“特别是高达2GHz的实时带宽同样非常适应一些研究所和高校的高带宽前景应用。”

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图6. NI推出实时带宽高达2GHz、可灵活更换前端射频头的毫米波收发仪系统。

作为5G首批“开拓者”,“NI其实很早之前就已经介入5G研究,”马力斯强调道,从2010年成立NI全球射频通信领先用户计划至今,从国外的AT&T、NOKIA、Intel、NTT Docomo、SAMSUNG、 Facebook等到国内的东南大学、北京邮电大学、上海无线通信研究中心(WiCO)等,NI早已在全球范围内编织了一张5G商业网。

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图7. NI早在2010年就已推出全球5G射频通信领先用户计划。

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图8. 加速5G领域半导体测试从概念到落地,NI的优势正是其一直坚守的以软件为中心的战略。

当前,5G进入快速商业化的时间节点,“NI利用前期所积累的软件优势,基于其以软件为中心的平台,凭借PXI的定时、同步技术,可以帮助客户快速应用到自身的5G商用化进程中,”马力斯总结道,“不论是5G设计公司还是后期的量产测试,NI都会有很好的切入,而这都是源于NI从1976年成立至今始终坚守、投入并携手合作伙伴、客户一起共建的以软件为中心的测试生态。”

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