為服務客戶，全球的服務運營商在頻譜上花費了幾十億美元。開發新的頻譜能夠讓服務運營商容納更多用戶，并提供更高性能的移動寬帶數據體驗。與小于6Ghz 的頻譜相比，毫米波更加豐富，需要的許可也更少。目前先進的硅制造工藝大幅降低了毫米波設備的價格，完全可用于消費電子產品。目前影響毫米波應用的主要問題在于這個頻譜的很多方面都沒經過研究，需要解答技術問題。

5G毫米波最新進展

11月1日，IMT-2020（5G）推進組（下稱“推進組”）5G試驗工作組組長徐菲在5G創新發展高峰論壇上表示，截至今年10月，華為完成了5G毫米波關鍵技術測試的功能、射頻和外場性能，華為海思芯片進行了5G毫米波關鍵技術的室內功能測試。參與5G毫米波測試的還有愛立信、中國信科、諾基亞貝爾、中興系統廠商，以及芯片公司高通、紫光展銳等。

目前中國正在分階段推進5G毫米波技術試驗工作計劃。據IMT-2020（5G）推進組消息，2019年8月-2019年12月，驗證5G毫米波關鍵技術和系統特性；2020年，計劃驗證毫米波基站和終端的功能、性能和互操作，開展高低頻協同組網驗證；2020-2021年，計劃開展典型場景驗證。

5G毫米波面臨的測試挑戰

一直以來，人們都認為射頻工程是一項專業性非常強的技能，因為射頻技術并不總是如預期那樣工作，而射頻工程就是為了征服這一技術難題；而且隨著5G的出現以及5G所依賴的新通信架構方法的出現，射頻工程的重要性也在不斷凸顯。要想實現3GPP標準委員會規定的數據速率，需要采用漸進的方法，而不是對現有基礎設施進行迭代增強。

與4G相比，5G不僅引入了24-40 GHz的毫米波頻率，還同時也帶來了相應的挑戰——在已授權和未授權sub-6 GHz頻率范圍內多無線電接入技術系統如何實現頻譜共存？無論是開發新的5G智能手機、固定網絡網關還是基礎設施設備，在產品開發到最終生產測試過程中的所有階段，都需要部署可靠、穩定的測試方案，這一點非常重要。

從技術角度來看，測試設備是否符合運營商和3GPP委員會規范至關重要，這需要測試多個不同的參數，例如調制質量、射頻放大器線性度、接收機信噪比、發射機效率等。由于使用毫米波來發射和接收信號，測試工程面臨著諸多新挑戰，比如通信時可能會遇到當前sub-6GHz蜂窩技術未曾遇到的一些傳播和信號路徑問題，而且在設計新組件和半導體器件也會碰到許多新難題。

圖1.新5G架構組件的可能測試插入點（來源：NI）

圖1僅顯示了在規劃5G設備測試方案時的一些可能測試點。基帶收發儀使用正交調制IQ波形，對于此類波形，線性度、IQ信號校準和中頻信號調理都是關鍵測試點。工程師需要能夠使用高線性度測試設備，生成5G波形，并獲得能夠處理高帶寬IQ波形的測試集。同樣，通過上下變頻將IF轉換為毫米波的射頻收發儀同樣需要嚴格的測試。信號完整性、放大器效率、輸出功率以及去除無用諧波和相位噪聲假象都是可能需要考慮的測試指標。

其實，除了工作頻率不同之外，上面重點介紹的信號鏈的幾個方面與傳統4G設備有很多共同之處。但是，提供5G功能必須用到波束形成器和前端模塊（FEM）。

由于在毫米波頻率下，傳播損耗較高，因此波束成形的作用就顯得更為重要。但是，使用毫米波頻率有一個好處，即天線元件的尺寸可以大幅縮小，因此可以在相對較小的物理空間中安裝大量元件，這樣一來，波束成形就成為了提高天線增益的可行方法。通過將模擬移相器和數字電路相結合，基礎設施設備可以將信號轉向目標接收機，從而提高接收到的信號強度，擴大操作范圍，并降低誤碼率（BER）。

測量方面的挑戰在于如何通過這些基于IC的新波束成形組件和FEM來進行特性分析并獲得出色性能。這些組件包括混頻器、濾波器、功率放大器和低噪聲放大器，要應對這一挑戰，關鍵在于在維持能效的同時實現高帶寬線性度。數字預失真（DPD）通常用于提高傳輸信號的線性度，但這要求測試設備能夠生成和測量帶寬五倍于所需值的信號，這遠遠高于4G測試系統的帶寬要求。

發送和接收路徑的互易性也需要進行測試。例如，功率放大器進行壓縮區時，就會產生幅移和相移。此外，可變衰減器、可變增益放大器和移相器等射頻組件的容差可能在通道之間產生不均等的相移，這可能會影響FEM的相位相干性。

用于5G的波束成形測試系統需要掃描寬頻譜，并能夠測試每條路徑的最大線性輸出和壓縮行為。快速雙向多端口開關測試解決方案是任何5G開發和生產測試環境的先決條件。

超快速毫米波OTA驗證測試技術

工程師在研發新5G毫米波設備的時候，面臨著嚴峻的測試挑戰，即如何對設備空口（OTA）的波束形成性能進行特性分析。由于缺乏用于評估設備性能的傳統連接器測試端口（ connectorized test port），工程師需要在消聲室中很謹慎地控制射頻環境，并仔細地配置并執行3D空間掃描。因此，執行此類空間掃描非常耗時而且成本高昂。

用于毫米波OTA驗證的測試解決方案必須滿足以下要求：

提供具有成本效益、無噪聲且控制精準的OTA測試環境

向工程師快速提供詳細的測量結果和曲線

通過適當的系統校準降低OTA測量不確定性

簡化配置和執行全面的自動化OTA測試序列的過程

毫米波OTA驗證測試參考架構

通過連續掃描3D空間，將OTA測試時間從數小時縮短至幾分鐘，并使用PXI平臺實現DUT定位器與射頻生成和分析引擎的緊密同步。

借助無噪聲的射頻消音室和經過適當特性分析的靜區，獲得可靠的OTA測量數據。

借助毫米波矢量信號收發儀來驗證AiP DUT的高帶寬波束形成性能，該收發儀支持所有3GPP信道帶寬和符合5G標準的波形。

利用NI的毫米波OTA驗證測試軟件，輕松配置各種空間掃描，以對DUT天線方向圖進行特性分析，同時可快速生成、查看、存儲或分配詳細的參數結果。

縮短5G毫米波OT測試時間

與傳統的點對點軟件控制測試系統相比，NI的毫米波OTA驗證測試參考架構可在24 GHz到44 GHz的5G毫米波頻段內快速掃描OTA空間，幫助用戶顯著縮短AiP器件的OTA射頻驗證測試時間。這一全新的參考架構使得正在研究最新5G AiP器件的特性分析和驗證工程師能夠利用更寬、更復雜的5G新空口信號研究其器件的波束成形性能，同時縮短開發周期。NI的快速OTA測試方法可幫助工程師使用更密集的空間網格并獲得更精細的3D空間分辨率，同時維持較短的測試時間。此外，借助NI的毫米波OTA驗證測試軟件，驗證工程師可以在生成、可視化、存儲或發布詳細的參數結果時快速配置這些空間掃描，以分析其器件的天線方向圖特性。

NI一直以來致力于不斷擴大5G毫米波器件的測試范圍，同時幫助用戶降低測試成本和縮短上市時間，NI毫米波OTA驗證測試參考架構解決方案完善了NI模塊化儀器產品系列和測量軟件，可對最新的Sub-6 GHz至毫米波的最新5G RFIC器件進行特性分析和驗證。