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物聯(lián)網(wǎng)的普及、5G技術從原型驗證到商業(yè)部署的不斷推進，以及自動駕駛技術的發(fā)展都帶來了巨大且復雜的挑戰(zhàn)，同時又為我們提供了前所未有的創(chuàng)新機會。要真正實現(xiàn)這些大趨勢帶來的益處，需從根本上改變我們自動化測試和自動化測量的方法。為獲得成功，我們必須以不同的方式思考、有目的地行動，并向“軟件定義的系統(tǒng)”做出關鍵轉變 。

為此，NI最近推出精心編寫的《NI趨勢展望報告》，旨在從不斷變化的技術環(huán)境中洞察出最關鍵的工程趨勢和挑戰(zhàn)。本篇文章主要節(jié)選該報告第一章節(jié)“5G迎來新的無線測試時代”與大家進行分享。

 5G帶來廣闊前景的同時，也使測試日益復雜化

 必須開發(fā)新的技術來測試5G設備

需要成本更低的空口測試技術

自蜂窩通信出現(xiàn)開始以來，測試工程師一直在使用一組公認的測量和技術，對從RF半導體到基站和移動手機等無線通信技術進行大量測試。但是對于5G，這些無線設備采用的技術將更加復雜，用于測試前幾代設備且已經過高度優(yōu)化的測試技術必須重新考量。為驗證5G技術的性能，需要使用空口（over-the-air，OTA）方法而不是當前使用的線纜直連的方法來測試5G組件和設備。作為工程領導者，我們需要新的測試方法來確保5G產品和解決方案在許多行業(yè)和應用中的商業(yè)化可行性。

增加帶寬 

5G標準的主要目標之一是大幅提高數(shù)據(jù)容量，這是因為用戶數(shù)據(jù)需求在持續(xù)不斷地增長，但為了實現(xiàn)每用戶10 Gbps的目標峰值速率，需要引入新技術。首先，5G規(guī)范包括多用戶MIMO（MU-MIMO）技術，該技術允許用戶通過波束成形技術同時共享相同的頻帶，為每個用戶建立唯一的集中無線連接。其次，5G標準增加了更多的無線頻譜，擴展到了厘米和毫米波（mmWave）頻率。

那如何將所有這些天線安裝到未來的手機中？幸運的是，MU-MIMO和mmWave技術的物理實現(xiàn)需要使用比前幾代蜂窩標準更多的天線元件。根據(jù)物理學定律，mmWave頻率的信號在通過自由空間時將比當前蜂窩頻率的信號衰減得更快。因此，在發(fā)射功率電平近似的情況下，mmWave蜂窩頻率的范圍將比當前蜂窩頻帶小得多。

5G通過有源天線陣列實現(xiàn)蜂窩MU-MIMO功能

為了克服這種路徑損耗，5G發(fā)射器和接收器將利用并行工作的天線陣列，并使用波束成形技術來提升信號功率，而不是像目前的設備那樣每個頻帶使用一個天線。這些天線陣列和波束成形技術不僅對于增加信號功率很重要，對于實現(xiàn)MU-MIMO技術也同樣至關重要。

那如何將所有這些天線安裝到未來的手機中？幸運的是，mmWave頻率的天線將比用于當前標準的蜂窩天線小得多。新的封裝技術，如集成天線封裝（antenna in package，AiP，即天線陣列位于芯片的封裝內），將使得這些天線更容易集成到現(xiàn)代智能手機的小空間內，但天線陣列可能完全封閉，沒有任何可直接接觸的測試點。

使用OTA解決新挑戰(zhàn)

對于測試工程師而言，增加的頻率范圍、新的封裝技術和更多的天線數(shù)量使其很難在維持高質量的同時，盡可能避免資本成本（測試設備的成本）和運營成本（測試每個設備的時間）的增加。新的OTA技術可以幫助解決這些問題，但同時也帶來了挑戰(zhàn)。

首先，測量精度是一大挑戰(zhàn)。與有線測試不同，在進行OTA測量時，測試工程師需要處理天線校準和精度、連接件公差和信號反射等引起的額外測量不確定性。其次，設備測試計劃必須納入全新的測量方法，以進行消聲室集成、波束特性分析、最佳碼本計算和天線參數(shù)特性分析。第三，隨著RF帶寬不斷增加，在RF帶寬上進行校準和測量所需的處理量也會增加，進而導致測試時間增加。最后，測試經理必須考慮額外的業(yè)務因素，以在確保產品質量的同時，最大限度地減少對上市時間、資本成本、運營成本和占地面積（以適應OTA測試暗室的面積）的影響。在接下來的幾年里，測試和測量行業(yè)將通過許多創(chuàng)新技術來快速應對這些挑戰(zhàn)。因此，測試團隊應考慮高度靈活的軟件定義測試策略和平臺，以確保其當前的資本支出能夠跟上這一快速創(chuàng)新周期。

雖然OTA提出了諸多挑戰(zhàn)，但同時也帶來了許多好處。首先，OTA是AiP技術的唯一選擇，因為天線陣列集成在封裝內，無法通過導線直接連接陣列元件。即使測試工程師可以使用傳導測試方法連接各個天線元件，他們也面臨著選擇并行測試（購買更多儀器帶來的資本支出）還是連續(xù)測試（測試時間和吞吐量增加帶來的運營成本）的困難。雖然許多技術問題仍有待解決，但OTA測試提供了將陣列作為一個系統(tǒng)而不是一組獨立元件進行測試的可能性，這有望提供系統(tǒng)級測試的高效率。

過去，測試設備供應商和測試工程師已經遇到了在測試日益增加的性能和復雜性的同時，最大限度縮短產品上市時間和測試成本的挑戰(zhàn)，而對于5G，他們仍面臨著相同的挑戰(zhàn)。盡管當今的5G測試挑戰(zhàn)看起來很復雜，但世界各地的工程師們已經在開發(fā)新的測試儀器和方法，如OTA，這些都是5G成功進行商業(yè)部署所必需的。