华为5G芯片率先完成SA/NSA全部测试的背后

7月17日，由IMT-2020(5G)推进组结合中国通信学会与中国通信尺度化协会配合主办的2019年IMT-2020(5G)峰会正式召开。IMT-2020(5G)推进组是由工信部、发改委、科技部于2013年结合鞭策成立的，致力于鞭策5G手艺研究。

[转载出处：www.ii77.com]

凭据IMT-2020(5G)推进组组长王志勤发布的信息显露，今朝在IMT-2020(5G)推进组测试的四款5G芯包罗：华为海思的巴龙5000、高通骁龙X50、联发科Helio M70和紫光展锐的春藤510。

个中，在组网体式方面，只有高通骁龙X50只支撑NSA（非自力组网），而其他三款5G芯片均支撑NSA和SA（自力组网）。

而在IMT-2020(5G)推进组的5G收集测试方面，可支撑NSA/SA双模的华为海思的巴龙5000芯片，已经率先完成了从室内到外场的SA/NSA悉数收集测试。

联发科Helio M70今朝已完成了SA/NSA室内收集测试部门，而在SA/NSA外场收集测试部门只完成了一半。

紫光展锐的春藤510因为发布时间相对较晚，今朝NSA室内收集测试部门方才起头，而SA室内收集测试和SA/NSA外场收集测试部门尚未进行。

最早发布的高通骁龙X50固然最早完成了NSA室内和外场收集测试，然则因为其不支撑SA收集，所以这块也就没法测试了。

此外值得一提的是，在之前6月26日的MWC上海展上，中国移动董事长杨杰透露，“来岁1月1日起头，当局不许可NSA手机入网，SA是成长偏向，中国会尽快过渡到SA”。显然，接下来国内将会主推同时支撑NSA/SA组网的5G手机。

综合来看，在接下来的5G市场，华为无疑将取得先发优势。

而华为巴龙5000率先完成SA/NSA悉数测试的背后，则离不开测试工程师以及测试厂商超卓的测试方案及测试设备的支撑。

因为5G采用新频段、更高带宽、Massive MIMO大规模天线阵列、波束成形、毫米波等手艺，这给5G设计和测试工程师带来严重挑战，是以固然在各大设备厂商、运营商的起劲下，5G时代离我们已经越来越近，但我们还需要更强有力的5G测试方案来支撑！

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新频段、更高带宽和新波束成形手艺为5G设计和测试带来了严重挑战！

若何解决？

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测试面临更复杂的宽带波形

3GPP 5G新空口规范包罗两种已获得核准的正交频分多路复用手艺(OFDM)、各类调制和代码集、 天真的参数设置(numerology)和多个信道宽带。除了这些参数外，5G波形还包罗用于信道估量、优化MIMO把持和振荡器相位噪声赔偿的参考旌旗。5G波形引入了自包含(self-contained)集成子帧设计，统一个子帧内包含了上行链路/下行链路的调剂信息、数据传输和确认。

5G基站以及其他根蒂举措设备，简称gNode B (gNB)，鄙人行链路中使用轮回前缀OFDM (CP-OFDM)方案，而用户设备(UE)两种方案都支撑，即CP-OFDM和离散傅里叶变换扩频 OFDM(DFT-S-OFDM)方案，具体取决于gNB指示UE使用这两种方案中的哪一种方案来进行上 行把持。DFT-S-OFDM具有较低的峰均功率比(PAPR)，是以有助于提高功率放大器的效率和能效。

CP-OFDM 在资源模块中供应了很高的频谱封装效率（高达98%），并为MIMO 供应了精巧的支撑。是以，当运营商优先考虑尽或者提高收集容量时（例如在密集城市情况中），或者会使用该波形。DFT-s-OFDM 是用于LTE 上行链路的统一波形，其频谱封装效率更低，但局限更广（下表）。

表：要害的5G 规范

5G NR Release 15 使用CP-OFDM的波形并能适配天真可变的参数集。可变参数集能够将分歧品级和时延的买卖复用在一路，并许可毫米波频段采用更大的子载波距离。因为旌旗不再连结正交性，由此引入了大峰均比的问题和子载波干扰的问题。在上行信道，UE的发射功率受限而且对功率效率要求较高，于是采用DFT-S-OFDM波形来既降低旌旗的峰均比。

图：波形和可变的参数集影响着旌旗峰均比

规范还确认，尽管数据速度获得提高，但5G 移动宽带的时间排程就如同LTE，且对焦点RF 实施不会发生任何额外影响。然而，5G 手艺大大降低了延迟，是以天线交流和天线调谐的可用时间更少。这或者导致需要使用在某些应用中速度比4G 快10 倍的开关手艺。

4G 到5G 过渡过程中的另一个重大转变就是手机必需支撑宽度空前未有的带宽。提高带宽是5G 的根基宗旨：是实现以全新5G 频段为方针的更高数据速度的要害。单载波带宽可高达100 MHz，即LTE 最高带宽20 MHz 的5 倍（下图），且在FR1频率局限内，可存在2 个上行链路和4个下行链路载波，以离别实现200 MHz 和400 MHz 的总带宽。治理该带宽所面临的挑战估计将影响整个RF 子系统，如许即使是最具立异精神的RF 公司也要提高尺度。

图：最大信道带宽对照：4G LTE与5G NR

此外，考虑到旌旗在毫米波和低于10 GHz频率下有着分歧流传和反射行为，5G尺度划定了在 两种分歧根基频段的把持(下表)。在很多情形下，整个RF规范的要求会因两种分歧频率局限而 有所分歧。低频局限内(FR1)的旌旗能够使用频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种模式，带宽高 达100 MHz，载波聚合频率高达400MHz。而FR2旌旗的频率最高可达52.6 GHz，仅可在TDD模式下运行，而且单信道带宽高达400MHz。FR2旌旗还能够将多个载波组合在一路，以实现高达800 MHz的聚合带宽。不久之后，规范或者会将这一聚合带宽提高至跨越1GHz。

表：新空口频率局限

所有这些身分都给研究人员和工程师研究对应的新波形带来了更浩劫度。他们在建立、发布和生成相符尺度上行链路和下行链路旌旗方面面临着新的挑战，因为这些旌旗比拟以往具有更多设置、选项和更宽的带宽。

图：5G毫米波上行链路和下行链路OFDM把持

为匡助工程师在验证设备机能时能更轻松地建立多个5G波形组合，NI斥地了NI-RFmx波形发生器。NI-RFmx波形发生器供应了一个统一的软件情况，适用于建立和回放相符无线尺度的波形，包罗最新的新空口规范，可在NI PXI仪器上生成波形，或建立未锁定、未加密的I/Q波形文件，以便在主动测试序列中进行回放。用户可选择CP-OFDM或DFT-S-OFDM方案，而且可设置信道宽度、开关调制方案并添加I/Q减损。用户还能够建立无线局域网(WLAN)、蓝牙以及2G至4G和5G波形，以测试这些尺度是否可以共存。

图：NI-RFmx波形发生器可轻松生成新空口波形

除了RFmx 波形发生器外，NI还供应NI-RFmx剖析驱动和API。这些API经由高度优化，可对LTE-A和新空口等无线尺度进行物理层(PHY)RF测量。NI-RFmx软面板 (SFP)供应了熟悉且直观的交互式体验，可让用户轻松展示RF测量究竟。

设置宽带测试台，以笼盖普遍的频率局限

增加型移动宽带（eMBB，Enhance Mobile Broadband）是ITU-R确定的5G三大首要应用场景之一。

5G增加型移动宽带：具备更大的吞吐量、低延时以及更一致的体验。5G增加型移动宽带首要施展在以下范畴：3D超高清视频长途呈现、可感知的互联网、超高清视频撒布输、高要求的赛场情况、宽带光纤用户以及虚拟实际范畴。以前，这些买卖大多只能经由固定宽带收集才能实现，将来5G将让它们移动起来。

为实现5G增加型移动宽带某些极具挑战性的要害机能指标，即超出20 Gb/s的下行峰值速度以 及1万倍以上的流量，5G尺度划定了两个根基频率局限内分歧信道带宽下的宽带场景。这旨在复用400 MHz摆布至7.125 GHz(FR1)和24 GHz至52.6 GHz (毫米波FR2)局限内的很多现有频段及 一些未获得许可的新蜂窝频段。5G 频率趋势一样低于 40 GHz。

图：5G新空口的频率局限

5G 收集扶植需要综合考虑频率、设备、终端、买卖等成长成熟度，按照 5G买卖成长纪律，需合理规划5G设备演进路标。

以中国联通5G收集扶植前景方针为例，联通5G收集扶植前景方针是扶植“4G+5G”两张网，两张方针网的定位如下：

● 5G 方针网，以 3.5GHz 频段作为城区一连笼盖的主力频段，2.1GHz 频段可用于提高 5G 笼盖容量增补，后续新申请的毫米波频毫米波频段 26GHz+40GHz作为城区数据热点的主要增补；

● 4G方针网，以 900MHz 和 1800MHz 频段作为首要频段，900MHz 首要用于广笼盖（兼顾 NB-IoT、eMTC 等物联网买卖），1800MHz 为 LTE 收集容量层（远期凭据 4G 买卖量情形慢慢重耕用于 5G）；

● 2G 和 3G 收集将慢慢实现退网，将频率重耕用于4G和5G。

图：收集演进方针

对于面向公共市场的移动行业来说，今朝尚未有合适的毫米波测试系统。因为各类新设备的络续显现及将来显现的未知需求，斥地更有效的验证..对测试工程师而言是一项伟大地挑战。

传统5G设备(包罗最新的毫米波组件)测试方式需要工程师使用一系列昂贵的大型台式仪器进行手动测试。工程师亟需经济高效的测试设备来针对新设备类型设置大量测试..，这些测试设备应具备以下特点：高度线性化；在极大的带宽局限中，具有慎密的幅度和相位精度；低相位噪音；普遍的频率笼盖局限，适用于多频段设备；可以行使另外无线尺度测试是否共存。为了适应快速转变的测试要求，他们需要基于软件的模块化测试和测量..来笼盖较宽的频率局限。

NI PXI矢量旌旗收发仪(VST)连系了RF和基带矢量旌旗剖析仪，具有1GHz瞬时RF剖析带宽或复杂I/Q 带宽。VST不光具备生产测试仪器的快速测量速度和小巧的外形构造，同时也兼具研发级台式仪器的天真性和高机能。凭借其高带宽，VST可直接用于5G测试..，并适用于各类具有挑战性的 测试用例，包罗载波聚合5G波形的数字预失真以及4G和5G的带内和带间共存。

此外，得益于PXI ..的亚纳秒级同步功能，测试台可轻松增加更多的VST仪器，以支撑MIMO设置的实现。

PXIe-5831毫米波矢量旌旗收发仪将频率局限扩展至毫米波

毫米波VST为5G毫米波设备测试工程师供应了最高可达5G 毫米波频率局限(FR2)的VST机能，。毫米波VST采用经由验证的VST架构，可以以非常高的性价比供应更高的测量速度和毫米波机能。

毫米波VST支撑多种频率，工程师只需使用一台仪器即可进行IF(5-21 GHz)和射频(23-44 GHz) 测试，是以也能够在统一系统上天真地保持很多新型DUT，并测试新手艺。每个毫米波VST 均支撑集成校准开关，用户无需大量成本或大幅增加系统复杂性即可轻松扩展端口数量， 并且多个毫米波VST可集成到一个PXI系统中，从而进一步增加了测试台的功能来测试 MIMO和相控阵列等新手艺。

图：基于毫米波VST的5G测试台，适用于毫米波应用

剖析和验证5G组件

与其他尺度和手艺共存

跟着5G收集的大规模布置，会考虑采用自力5G系统零丁进行组网，这种情形下，固然5G能够供应高速买卖和更高的买卖质量，然则在某些笼盖不足的处所，仍能够借助LTE系统来供应笼盖和容量，是以双保持仍将是一个弗成或缺的手艺手段。

5G的初始布置或者采用非自力组网模式(NSA)，在这种模式下UE仍需要依靠LTE收集进行链路掌握，并使用5G保持作为高带宽数据传输通道。

LTE系统中，处于双保持模式下的UE，只在MeNB与MME之间存在一个S1-MME保持。供应S1-MME保持的eNodeB称为主eNodeB(即MeNB)，另一个eNodeB用于供应额外的资源，称为次eNodeB(即SeNB)。每个eNodeB都可以自力治理UE和各自的小区中的无线资源。MeNB与SeNB之间的资源协调工作经由X2接口上的信令新闻来传送。

图：双保持模式下的UE的掌握面保持示意图，个中，S1-MME终结在MeNB，MeNB与SeNB之间经由X2-C来互连。

是以，工程师需要验证5G新空口(NR)与带内和邻带 LTE的共存性。5G系统将采用带宽分块(bandwidth parts)机制来实现5G和LTE旌旗的载波共享， 因而工程师需要使用距离非常小的旌旗来验证其设备的机能。

将来的NR规范将纳入未授权频谱的辅助授权接入(LAA)手艺，作为聚合辅助信道。这意味着工程师必需测试其设备对特定未授权频段的影响情形，以确保两者之间的共存。同样地，当UE包含相符各类尺度的多个无线电收发器时，工程师必需进一步存眷带内和带外旌旗的滤波和抗扰设计，以确保设备内分歧尺度的共存。

TX/RX 互易性 

工程师在斥地发射/领受系统时必需考虑的另一项主要身分是TX和RX路径之间的互易性。例如， 当系统驱动发射功率放大器(PA)完全进入压缩区时，该PA引入的幅移和相移(AM-AM和AM-PM 响应 )以及其他热效将跨越领受器路径中低噪声放大器(LNA)所引入的这些效应。此外，移相器、可变衰减器和增益掌握放大器以及其他器件的容差或者导致信道之间的相移不平均，从而 影响系统的预期相位相关性。

是以对前端模块(PA和LNA)、双工器、混频器和滤波器等RF通信组件进行特征剖析将面临着一系列新的测量挑战。为在较大带宽下实现更高的能效和线性度，5G PA引入了数字预失真(DPD) 等线性化手艺。因为电路模型难以展望记忆效应，是以降低记忆效应独一有效方式是测试PA并在时域旌旗经由DUT后采集该旌旗，并应用DPD手艺。现有的DPD手艺要求测试设备生成并测量3到5倍带宽的旌旗。这对于需要对带宽为100、200和400 MHz的5G旌旗进 行预失真的测试设备来说是一个很大的挑战。

图：发射器和领受器的互易性剖析

测试多频段设备

5G NR大略可分为两种非常分歧的频率局限。个中FR1的频段低于6GHz，与今朝我们使用的4G LTE收集使用的2至3GHz频段相差的距离并不远。然后FR2，它使用的是24GHz局限以上的频段，根基上能够说进入到了非常高的局限，而这种频段平日被称为毫米波（mmWave）。简洁的说，FR1的传输距离更远，有助于匡助5G收集笼盖更普遍的局限。而另一方面FR2则更具有挑战性：它能供应伟大的带宽，但传输距离很近，而且也很难经由像墙壁如许的障碍物。

以下是今朝主流运营商采用FR1和FR2频段的汇总：

跟着市场需求的转变和行业的成长，对多频段前端模块(front-end module，FEM)和PAMiD(power amplifier modules with integrated duplexer，带集成双工器的功率放大器模块)进行特征剖析和测试也日益难题。这些器件需要可以快速切换的多信道测试台，以测试分歧路径和频段组合的机能，有时或者需要并行测量分歧的组合。此外，典型的测试还需要在分歧的电压电平；分歧的载荷前提；有或无DPD情形下的输出功率电平、线性度和调制精度；分歧的频段组合以及分歧的温度下进行周全测试。

图: 基于VST的多通道前端模块测试系统

很多多频段设备必需支撑E-UTRAN New Radio Dual Connectivity(EN-DC)手艺，即4G和5G尺度双保持手艺。是以，需要笼盖的测试用例也络续增加，包罗单载波和载波聚合旌旗的多种组合。此外，这些用例不光需要在低于6GHz的频段下进行测试，如今也需要在7GHz摆布的频段下进行测试，以考虑工作于非授权频谱的5G NR(NR-U)。因为这些设备具有更高的集成度和组件密度， 是以剖析LTE和NR旌旗传输时的热治理和散热就变得非常主要。 

图: FEM的测试用例数量跟着NR尺度的演变络续增加

包络跟踪

跟着蜂窝手艺成长，调制的复杂度提高，对 RF 组件的要求也变得越来越严厉。在 RF 功率和线性度需求持续上升的同时，人们强烈要求降低电流消费，这对电池寿命和热机能发生了直接影响。5G 也不破例，5G规范让难题度成倍增加。如今包络跟踪手艺被越来越普遍地运用于优化射频功率放大器(PA)的功率附加效率(PAE)，而射频功率放大器射频PA恰是电池电量最首要的消费源之一。

包络跟踪手艺的道理在于使放大器尽或者地在压缩区运行。该项手艺基于这一事实：功率放大器的效率峰值点和输出功率峰值点都邑跟着供电电压(Vcc)的转变而转变. 如下图显露了分歧供电电压值下，功率附加效率与输出功率的函数关系。我们能够看出峰值效率的输出功率跟着供电电压的增大而增大。

图：分歧供电电压下PAE与输出功率之间的关系

包络跟踪测试使得原本就复杂的系统变得愈加复杂。为了让功率放大器成功地执行一项包络跟踪规划，射频基带波形和供给电压之间必需慎密同步。如下图所示，一个典型的包络跟踪测试系统包罗一个射频旌旗发生器和剖析仪、用于掌握功率放大器的高速数字波形发生器以及一个用于为放大器供电的电源。 

图:典型的包络跟踪测试装配

高效5G前端的测试工程师需要测试其设备在5G信道带宽下的包络或更高频率。将包络跟踪手艺扩展到5G NR所需的100 MHz上行带本不太或者，因为测试台必需可以触发并生成极宽的基带包络旌旗大型波形根基完全对齐。然而，工程师也在起劲测验实现这一机能效率和电池寿命，从而知足用户需求。此外，可正确布置包络跟踪笼盖局限和容量，这两个参数均是收集运营商的主要指标。

图:包络跟踪测试系统图

新型毫米波操设备

5G为了进一步提高频谱效率、战胜流传损耗等问题，5G大规模天线基站遍及采用波束成形手艺。基站要经由波束扫描找到手机，然背工机和基站之间经由买卖波束旌旗竖立买卖交互。这是一个很吸惹人饮茶的设计，当然实现起来也是非常复杂的。波束使用同频照样异频，波束参数，旌旗质量、端到端机能，OTA射频机能等看起来简洁几个问题，其实从系统设计与仿真阶段就要考虑进来，一个成功的系统设计可以显著降低产物生命周期各阶段的风险。

高级波束成形手艺需要系统级的设计

为了避免大量流传损耗，5G需要采用波束成形子系统和天线阵列。测试新的波束成形IC需要采用快速靠得住的多端口测试方案。这些测试方案必需测试每条路径的旌旗增益和相位掌握，以确保适当的旌旗细窄/尖利水平(level tapering)和相位调整，从而削减旁瓣和准确掌握波束的偏向。然则，因为这些测试方案需要朝着毫米波偏向设计，是以本振引入的系统相位噪音会成倍增加，甚至或者占有主导地位，从而给组件测试带来了极大的挑战。测试仪器必需在FR1和FR2局限内均供应充沛的动态局限，以剖析和验证这两个5G频段内的组件机能是否一致。

RF-RF波束成形器

测试5G波束成形设备时，如下图中的波束成形设备，工程师需要在多个宽频段下测试最大线性输 出以及各个路径的压缩行为。他们还必需搜检衰减器的步进误差以及每个步进的相位误差。对于领受路径，他们还需要对噪声系数与频率之间的关系进行剖析。

鉴于旌旗是双向的，是以最简洁的测试方式是回转与测试仪器之间的保持，但对于水平宁垂直极 化的多端口设备(8个、16个甚至更多)来说，这个方式并弗成行。测试仪器必需包罗专为多端口测 试而设计的快速双向切换解决方案。

图:水平宁垂直极化的波束成形器IC

IF-RF波束成形器

其他类型的波束成形设备(即IF-RF波束成形器)可将中频(IF)旌旗上变频为RF旌旗。反之，这些设 备也能够将领受到的RF旌旗下变频为IF旌旗(见下图)。正如上述针对RF-RF波束形成器的商议， 工程师还需要在分歧频率局限内剖析这些组件的机能，测量每个步进的幅度和相位转变，并搜检 频率转变是否适当，同时最小化镜像旌旗和高阶谐波干扰。IF-RF波束成形器还带来了其他测量 挑战，因为它们需要在分歧中频下生成IF旌旗并进行剖析，具体频率取决于特定设备的频率设计。例如，部门DUT在 8或12 GHz的IF下工作，而有些DUT则将其IF设置为18GHz。 

图：IF-RF波束成形器设备

工程师需要剖析和校正5G波束成形器设备的误差源，以确保准确的传输功率、正确的偏向掌握和靠得住的活络度。这些误差源包罗：IQ减损和旌旗平展度，模块之间的LO相位噪声和频移，天线元件之间的相位差，旌旗细窄/尖利水平(tapering)掌握以及隔离和互耦。

这需要测量旌旗从一个路径传输到另一个路径的转变是否最小，这是因为天线元件和旌旗路径之间的互耦会影响MIMO把持和旌旗解调机能。

数字掌握挑战

主动剖析多频带FEM和多通道波束成形器还需要快速且简洁的数字DUT掌握。好多时候，工程师需要串行外设接口(SPI)和MIPI等数字和谈在超频状况下进行测试，以便在真实应用场景中运行其DUT。例如，若是是波束成形器，则该设备必需知足5G手艺对波束天真性的要求(波束搜刮、成家、跟踪和波束成形等)。这需要在极短时间内更改状况。为了知足这一需求，测试台需要的数字仪器必需可以更快速实现数字和谈。

NI测试解决方案基于PXI仪器和天真的测试软件，使工程师可以快速设置时间同步且相位相关的多通道测试系统，以实现主动化RFIC特征剖析、验证和生产测试。

最新的多核处理器可匡助用户更快速地生成并行测量究竟，以应对络续增加的测试用例。此外， 该解决方案还集成了各类快速的数字预失真算法，使用户可以布置和实时执行自界说算法，从而快速可视化PA机能究竟。

图：集成式PXI工作台采用DPD和包络跟踪手艺进行FEM测试

此外，针对需要掌握和测试IC的半导体工程师，NI PX..还供应了专用的高速数字I/O仪器。这些数字仪器基于drive format和time set概念，个中NI 数字pattern编纂器供应了雄厚的软件体验，包含了各类调试和特征剖析对象，好比数字示波器。

2019年是中国5G商用元年，5G收集扶植需要考虑多种扶植场景。为了知足市场对5G手艺的急迫需求，研究人员和工程师需要依靠于更快、更具成本效益的测试系统来应对这些挑战。

固然测试系统和测量系统在设计上必需可以测试今朝的AiP设备，它们还必需可以适应将来的波束成形和OTA的测试要求。这意味着，测试系统必需具备天真性，不光能够测试当前的设备，并且也能够适应将来的半导体手艺。由模块化硬件和天真软件构成的NI..使工程师可以行使新的仪器功能来加速并简化5G设备的特征剖析、验证和生产测试。

编纂：芯智讯-浪客剑/炎天

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