11月1日， 2019年中國國際信息通信展覽會“ICT中國?2019高層論壇”的重量級分論壇——第四屆5G創新發展高峰論壇在北京的國家會議中心召開。在大會上，IMT-2020(5G)推進組介紹中國5G技術研發試驗工作進展時表示，在2019年已啟動5G增強技術研發試驗，重點開展芯片與系統互聯互通測試，以及5G毫米波技術及產品測試。
毫無疑問，5G商用啟動之后，在5G占據著關鍵領域的毫米波已成為目前標準組織及產業鏈各方研究和討論的重點，毫米波將給未來5G終端的實現帶來諸多技術挑戰，同時毫米波終端的測試方案也與目前終端的有所不同。如何攻克毫米波技術的挑戰，開展毫米波輻射射頻測試，這些技術關口的重要性變得越來越重要。
毫米波射頻模塊和系統的特性分析
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按照預期那樣工作，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。毫米波頻段頻率高、帶寬大等特點將對未來5G終端的實現，主要在于天線及射頻前端器件。
由于射頻設計復雜化，諸多挑戰也隨之而來，其中一個明顯的挑戰就是必須同時遵守幾項法規，包括GSM、LTE 和 UMTS 等相關國際公認蜂窩標準、國家或地區無線電型號核準認證以及安全相關標準。為滿足產品上市需求和產品從原型驗證到量產這一整個過程的測試需求，對無線模塊、智能手機、完整的子系統等射頻設備進行測試是必不可少的。而這些需求都需要盡可能通過測試自動化來節省時間，這對于需要搶占先機來積極部署 5G 的應用尤其重要。
11月1日， 2019年中國國際信息通信展覽會“ICT中國?2019高層論壇”的重量級分論壇——第四屆5G創新發展高峰論壇在北京的國家會議中心召開。在大會上，IMT-2020(5G)推進組介紹中國5G技術研發試驗工作進展時表示，在2019年已啟動5G增強技術研發試驗，重點開展芯片與系統互聯互通測試，以及5G毫米波技術及產品測試。
毫無疑問，5G商用啟動之后，在5G占據著關鍵領域的毫米波已成為目前標準組織及產業鏈各方研究和討論的重點，毫米波將給未來5G終端的實現帶來諸多技術挑戰，同時毫米波終端的測試方案也與目前終端的有所不同。如何攻克毫米波技術的挑戰，開展毫米波輻射射頻測試，這些技術關口的重要性變得越來越重要。
毫米波射頻模塊和系統的特性分析
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按照預期那樣工作，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。毫米波頻段頻率高、帶寬大等特點將對未來5G終端的實現，主要在于天線及射頻前端器件。
由于射頻設計復雜化，諸多挑戰也隨之而來，其中一個明顯的挑戰就是必須同時遵守幾項法規，包括GSM、LTE 和 UMTS 等相關國際公認蜂窩標準、國家或地區無線電型號核準認證以及安全相關標準。為滿足產品上市需求和產品從原型驗證到量產這一整個過程的測試需求，對無線模塊、智能手機、完整的子系統等射頻設備進行測試是必不可少的。而這些需求都需要盡可能通過測試自動化來節省時間，這對于需要搶占先機來積極部署 5G 的應用尤其重要。
圖1-典型多頻段射頻模塊
構建可行的測試解決方案需要采用整體性的方法。圖 1 顯示了一個典型的多頻段射頻模塊，其中包含發送和接收基帶信號路徑、同相(I)和正交(Q)調制步驟以及 4G 和 5G 的兩個獨立發送/接收路徑。測試系統首先需要在整個射頻頻譜上工作，支持授權和非授權頻段，并支持從 2G 到 5G 新空口(NR)和LTE-A Pro 的所有蜂窩技術。此外，還需要加入無線網絡協議，例如包括短程通信無線網絡的 802.11 系列。
無線頻譜的應用范圍不斷擴大，因此測試配置是否易于升級就非常重要。例如 2018 年，為了提供更多頻譜來緩解擁擠的 2.4 GHz 和 5.0 GHz Wi-Fi 頻率的壓力，工業、科學研究和醫療(ISM)頻段就從5.925 GHz 擴展到 7.125 GHz。
同樣，為了及時應對不斷變化的無線技術，測試系統應具有 1 GHz 的瞬時帶寬能力，才能測試高級算法，比如數字預失真技術的算法。
要測量的典型射頻參數可能包括功率、諧波、誤差矢量幅度(EVM)和相鄰信道泄漏比(ACLR)。圖 2 顯示了一個測試配置示例。在該配置中，射頻矢量信號收發儀(VST)、矢量信號分析儀(VSA)以及精密源測量單元(SMU)共同提供基帶調制信號源。VSA 可以分析功率放大器的輸出，并且可以檢測到不必要的雜散信號、諧波和瞬變。這些觀察結果有助于對放大器設計進行故障分析。
圖2-射頻功率放大器組件測試配置示例
功率放大器效率是當今射頻設計的一個關鍵度量標準，對于電池供電的設備而言十分重要，包絡跟蹤和數字預失真等技術可提高發射機功率放大器級的功率效率和線性度。
在測試解決方案中集成 PXI 嵌入式控制器模塊，便可使用多個不同輸入參數進行測試。控制器減輕了矢量信號收發儀(VST)等主要測試模塊的測試任務控制負擔。與臺式計算機的自動化測試相比，使用嵌入式控制器可以大幅縮短每次測試的周期時間。
NI-RFmx 庫提供了不同測量例程的源代碼，這些代碼均可添加到特性分析和測試序列中。該庫還包括一個波形生成器，用于生成復雜的波形，其中包括 FSK、PSK 和 QAM 信號。
圖3-RFIC 特性分析參考解決方案的模塊化 PXI 硬件
圖上所示的 VST 是 NI PXIe-5840。該矢量信號收發儀包含一個 9kHz 到 6GHz RF 的矢量信號發生器和一個射頻矢量信號分析儀(VSA)。其最大帶寬為 1 GHz，標稱輸出功率為+20 dBm。
NI TestStand 測試執行軟件除了為每個模塊配置軟件控制外，還可以將以不同語言編寫的測試代碼加入到一個可重復的測試計劃中，并自動化執行該計劃。
圖4-使用 NI TestStand 的典型軟件架構
能夠熟練使用 LabVIEW 進行測試設備自動化和控制的測試工程師將在密封的硬件集成環境中進行可視化編程，并且可以輕松地呈現測試邏輯和測量結果。
毫米波測試的挑戰
除了射頻工程，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，波束成形就成為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)。
測試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。
空口(OTA)測試非常適合測量和分析波束形成器和 FEM 的實際性能特性。這些測試可用于確定待測設備(DUT)將其功率輸出聚焦于特定方向上的能力，并檢查波束成形的質量。這需要利用空間掃描功能從 0 到 360°掃描其中一個正交坐標，然后從 0 到 180°掃描另一個正交坐標。
圖5-NI毫米波 OTA 參考解決方案圖
對此，NI 毫米波 OTA 參考解決方案就是一種 OTA 測量系統（參見上圖）。該系統包含用于波形生成和分析的 NI 高帶寬毫米波矢量信號收發儀(VST)、高增益天線以及具有高精度實時運動控制定位器的射頻電波暗室。
圖6-波束成形測量數據可視化
借助測試序列生成器，工程師可以配置該解決方案，以便分析 DUT 波束成形功能的特性并對其進行驗證。該解決方案還包含一套完整的軟件，為測得的數據提供了一系列可視化選項。
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