【導(dǎo)讀】移動(dòng)通信和WLAN正向5G和802.11ax/ay演進(jìn)，以便滿足人們?nèi)找嬖鲩L的海量數(shù)據(jù)傳輸需求。5G中新增毫米波頻段，除了能夠提供大帶寬增加信道容量外，設(shè)備體積也可以做得很小，并且可以使用大規(guī)模天線陣列—massive MIMO技術(shù)。當(dāng)下絕大多數(shù)5G Massive MIMO都提供了最少64個(gè)天線振子，且不再提供測試接口，因此無法采用線連的方法測試，而必須通過空口（OTA）測試。
日前，是德科技測試測量大會(huì)（KMF 2017）在深圳舉辦。該大會(huì)探討了無線市場的最新發(fā)展趨勢和其中的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，該公司也帶來了兩款新品，旨在應(yīng)對(duì)毫米波技術(shù)所帶來的嚴(yán)苛測試挑戰(zhàn)。
無線通信：毫米波帶來哪些設(shè)計(jì)/測試改變？
首先來看下無線通信發(fā)展的兩條主線。下圖左右兩邊分別是蜂窩通信和WLAN的發(fā)展歷史。是德科技中國區(qū)無線市場部經(jīng)理白瑛表示，5G和802.11ay演進(jìn)是順理成章的，目的是要用于傳輸海量數(shù)據(jù)。
從蜂窩通信來看，驅(qū)動(dòng)力來自人們對(duì)移動(dòng)終端數(shù)據(jù)速率大幅提升以及對(duì)連接數(shù)目增加的需求。同時(shí)無線應(yīng)用的場景會(huì)越來越多。以前我們喜歡談數(shù)據(jù)速率有多高，比如手機(jī)跑分，但現(xiàn)在來看，更重要的是手機(jī)上有哪些卸載不掉的應(yīng)用，比如微信、共享單車等。這些都和流量、用戶體驗(yàn)直接掛鉤。
因此，人們對(duì)5G提出了數(shù)據(jù)速率更快（快100倍）、容量更大（萬物互聯(lián)，多1000倍）、密度更高（100倍）、1ms延時(shí)，99.999%可靠性，100倍能效的總體需求。
然而，根據(jù)香農(nóng)定律，要提高信道容量，就需要增加信道帶寬，這也是業(yè)界開發(fā)毫米波頻段的原因之一。另外到了毫米波時(shí)代，設(shè)備體積可以做得很小，并且可以使用大規(guī)模天線陣。這就是目前5G研究一個(gè)非常熱門的話題。
Verizon提出的V5G標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備在28GHz的中心頻點(diǎn)上商用5G網(wǎng)絡(luò)。我國現(xiàn)在也在研究28GHz、39GHz甚至45GHz等頻點(diǎn)。國際上一些領(lǐng)先基站廠商也開始研究了60GHz、70GHz和90GHz等中心頻點(diǎn)，目的是要獲取更大量的帶寬。
除了向更高、更快、更強(qiáng)的方向發(fā)展外，5G還在向更低時(shí)延和更低能耗的方向發(fā)展。5G蜂窩通信可能大部分集中在eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）研究上，其中運(yùn)用了多種技術(shù)，比如大規(guī)模天線陣、毫米波等。然后是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（包括NB-IoT，CAT-M），其被歸類為mMTC（海量機(jī)器類通信）。第三類是uRLLC（超高可靠超低時(shí)延通信），覆蓋比如汽車、遠(yuǎn)程醫(yī)療等低延遲應(yīng)用。
5G新空口（New Radio，NR）技術(shù)的提出正是通過設(shè)計(jì)不同的新波形和多址接入方式來滿足這三大類應(yīng)用需求。另外，Massive MIMO技術(shù)的特點(diǎn)也特別適合使用波束賦形對(duì)邊緣用戶進(jìn)行賦形以提高增益。
另外，以中國移動(dòng)為代表的運(yùn)營商和一些設(shè)備廠商提出來了C-RAN的概念，把BBU和RRU分開，從而可以靈活部署——對(duì)于用戶信號(hào)不好或容量大的場所通過光纖架設(shè)RRU基站，若干個(gè)RRU共用基帶池BBU,這樣就可以實(shí)現(xiàn)快速布署和配置，也更加節(jié)能和環(huán)保。以上都是5G中比較主流的幾個(gè)技術(shù)。
從5G的時(shí)間表看，日本和韓國分別希望在2020年東京奧運(yùn)會(huì)和2018年韓國冬奧會(huì)上商用5G。因此，2020年是國際上公認(rèn)的5G大規(guī)模商用的元年。今年年底，3GPP預(yù)計(jì)將會(huì)制定5G的第一版規(guī)范。
Keysight解決方案大致分類。
Keysight 5G合作圖。
下圖是物聯(lián)網(wǎng)市場分析圖。白瑛認(rèn)為，藍(lán)牙、WiFi、NFC以及3GPP演變的NB-IoT/eMTC等都屬于IoT的一部分。按照速率和覆蓋范圍來看，它表現(xiàn)出不同的技術(shù)趨勢，因此很難用一種技術(shù)來涵蓋所有的應(yīng)用。然而，有一大類應(yīng)用場景脫穎而出，即低功耗廣域網(wǎng)，NB-IoT和Cat-M即歸屬在其中。這個(gè)應(yīng)用范圍近期來看有爆發(fā)式的增長趨勢。
IoT的設(shè)計(jì)和測試主要涉及以下幾個(gè)部分。1.設(shè)計(jì)仿真和建模。比如智能水表和電表，信號(hào)在經(jīng)過潮濕的環(huán)境、多普勒頻移或衰落的場景下，接收靈敏度是否還能達(dá)到指標(biāo)，組件是否還能工作，這可以在早期的研發(fā)階段通過建模驗(yàn)證。2.入網(wǎng)認(rèn)證，特別是對(duì)NB-IoT和Cat-M，要驗(yàn)證能否滿足權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)并接入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。3.功耗。IoT設(shè)備能否保證十年以上電池壽命，有什么測量結(jié)果可以予以證明? Keysight功耗分析解決方案，可以分析電池使用壽命，在各種連接情況下，到底功耗是多少。4.與此同時(shí)，該公司還提供IoT信號(hào)生成、分析等方案，無論是研發(fā)還是生產(chǎn)階段均能滿足測試需求。
2款毫米波重磅產(chǎn)品：毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀、PXIe微波信號(hào)發(fā)生器
毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀 毫米波應(yīng)用越來越廣泛，總體上分為商用和航空航天國防兩大塊市場。商用市場包括最早的以802.11ad和無線HDMI為主的無線應(yīng)用，到隨后的汽車?yán)走_(dá)（早期主要用作防撞和輔助泊車，現(xiàn)在演變?yōu)槎嗤ǖ览走_(dá)系統(tǒng)，用于自主控制車輛）。另外還包括下一代無線通信5G的毫米波頻段，微波與射頻應(yīng)用工程師李萌介紹。
航空航天國防市場則一直是毫米波應(yīng)用的另一個(gè)主要場景，包括雷達(dá)/電子站、衛(wèi)星和地面通信系統(tǒng)等。而現(xiàn)在，毫米波成像也越來越受到人們的青睞。比如現(xiàn)在很多機(jī)場中的安檢系統(tǒng)都采用了毫米波成像技術(shù)。相對(duì)于之前的成像系統(tǒng)，毫米波成像能夠提供非常高的分辨率，輕松識(shí)別乘客身上的小尺寸違禁物品。 隨著毫米波應(yīng)用越來越廣泛，測試需求也會(huì)日益旺盛，尤其是毫米波的網(wǎng)絡(luò)分析需求。
是德科技的網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品也是非常全面，包括適合外場測試的手持式網(wǎng)分FieldFox、模塊化PXI VNA、高性價(jià)比ENA系列以及PNA系列高性能毫米波網(wǎng)分。今年該公司又在PNA系列的基礎(chǔ)上推出了PNA-B系列網(wǎng)絡(luò)分析儀。它和PNA一樣，具有PNA-X、PNA和PNA-L三大不同定位的平臺(tái)。
在價(jià)格不變的情況下，PNA-B提供了更便利的可用性，包括12.1”多點(diǎn)觸控顯示屏；軟件選件變成獨(dú)立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，因此可以提供多達(dá)4種license類型；最低頻率低至900Hz，顯著低于A系列。此外，基于此網(wǎng)絡(luò)分析儀可以搭建出全新的寬帶毫米波網(wǎng)絡(luò)分析測試系統(tǒng)。
PXIe微波信號(hào)發(fā)生器M9383A，包含模擬和矢量兩種信號(hào)發(fā)生功能。白瑛指出，它有兩個(gè)“新”。一是基于PXIe的模塊化結(jié)構(gòu)，這是測試測量儀器的發(fā)展趨勢。二是它是目前唯一一款可以在單臺(tái)儀表把微波矢量信號(hào)做到44GHz的信號(hào)發(fā)生器。
這款新的微波信號(hào)發(fā)生器背后的一大驅(qū)動(dòng)力來自軍用自動(dòng)測試設(shè)備（ATE），它對(duì)于未來設(shè)備的需求是希望提供能應(yīng)對(duì)多個(gè)測試方向的通用測試平臺(tái)，能降低總擁有成本，具有可擴(kuò)展性，減少設(shè)備占用空間，減少維修時(shí)間，提高測試質(zhì)量。
此外，航空航天于國防、衛(wèi)星通信組件/子系統(tǒng)測試對(duì)于射頻/毫米波/毫米波組件、下變頻器、接收機(jī)和衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器也都有著毫米波信號(hào)發(fā)生器的需求。
與此同時(shí)，5G的毫米波應(yīng)用對(duì)微波信號(hào)發(fā)生器也有著很高要求。5G由于人們對(duì)信道還不了解，需要對(duì)不同場景做信道測量（channel sounding）。這就需要信號(hào)發(fā)生器能提供高頻、大帶寬的矢量調(diào)制信號(hào)。另外，5G的Massive MIMO要提供最少64個(gè)振子，不會(huì)再提供測試接口，因此無法采用線連的方法測試，必須放在暗室中通過空口（OTA）測試。因此就需要提供大帶寬甚至能產(chǎn)生MIMO信號(hào)的、具有可擴(kuò)展性的信號(hào)發(fā)生器。
PXIe微波信號(hào)發(fā)生器M9383A頻率范圍高達(dá)44GHz，調(diào)制帶寬高達(dá)1GHz，可以生成5G和航空航天與國防應(yīng)用所使用的復(fù)雜波形。它采用的DDS技術(shù)與合成器VCO能夠提供優(yōu)異的相位噪聲性能。加上出色的基帶性能，M9383A能夠?qū)崿F(xiàn)1%的EVM——這是800MHz帶寬的準(zhǔn)5G波形的一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)。
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
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