5G商業(yè)化之路到底有多爭(zhēng)分奪秒？2017年12月底，3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)第一稿剛落地。2018年2月底MWC同期，NI率先推出符合5G NR 3GPP標(biāo)準(zhǔn)R15規(guī)范的Sub-6GHz 5G新空口參考測(cè)試解決方案，用以進(jìn)一步幫助客戶快速對(duì)其5G設(shè)計(jì)進(jìn)行特性分析，并從研發(fā)輕松過(guò)渡到生產(chǎn)測(cè)試環(huán)境；幾乎同時(shí)，Qorvo正式宣布與NI聯(lián)合演示測(cè)試業(yè)界首款市售5G RF前端模塊QM19000，而該款FEM正是采用NI PXI系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試…… “其實(shí)，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)（3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)第一稿剛發(fā)布）我們會(huì)看到眾多的半導(dǎo)體廠商以及終端廠商正基于這個(gè)草案非常快速地開展5G商用化，”近日，NI中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)工程師馬力斯在深圳舉行的第七屆EEVIA年度中國(guó)ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)上提出，“那么，在這么短的時(shí)間內(nèi)NI是如何幫助半導(dǎo)體公司以及終端廠商，在快速的變化中實(shí)現(xiàn)5G設(shè)計(jì)、原型驗(yàn)證以及最終的量產(chǎn)測(cè)試？”
圖1. NI中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)工程師馬力斯現(xiàn)場(chǎng)分享NI助力客戶搶位5G時(shí)代的法寶。
比快更快，5G時(shí)代特征下NI以軟件為中心的平臺(tái)方案正當(dāng)時(shí)
核心正是NI一直推行的以軟件為中心的平臺(tái)化解決方案?！皶r(shí)勢(shì)造英雄”，NI解決方案在5G時(shí)代，在半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域的異軍突起離不開當(dāng)下多種新興技術(shù)積聚引發(fā)的綜合效應(yīng)：4G網(wǎng)絡(luò)廣泛部署剛就位，在綜合考慮成本、時(shí)間的前提下，非獨(dú)立組網(wǎng)下4G和5G網(wǎng)絡(luò)共存就成為讓5G更快落地的必經(jīng)之路；而5G標(biāo)準(zhǔn)制定后期Phase 2中的毫米波部分，更是將帶寬一舉提升至400MHz；此外，為提升頻譜利用效率的Massive MIMO技術(shù)也將進(jìn)一步提升5G芯片甚至是5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性……馬力斯表示，對(duì)于5G新標(biāo)帶來(lái)的測(cè)試挑戰(zhàn)，NI將其概括為以下3點(diǎn)：
1．復(fù)雜性的提升：據(jù)馬力斯介紹，不同于4G使用15KHz固定的子載波間距，5G NR部分都是采用靈活的子載波間距，而這也是為了適應(yīng)5G后期毫米波頻段的調(diào)整；不止于子載波間距的靈活性，對(duì)于帶寬的更高需求始終在列，據(jù)悉毫米波部分將更多考慮400MHz的高帶寬，而對(duì)于一些高端的射頻前端芯片，其所涉及的數(shù)字預(yù)失真、包絡(luò)跟蹤等技術(shù)，還將要求測(cè)試設(shè)備具備更高的帶寬；同時(shí)，5G測(cè)試同步帶來(lái)更多的射頻指標(biāo)測(cè)試，以及更高的調(diào)制特性，即更好的EVM，這些都對(duì)測(cè)試儀器的指標(biāo)帶來(lái)更高要求。
2．共存的兩面性：4G和5G共存，雖然是推動(dòng)5G盡快落地的必經(jīng)之路，但仍帶來(lái)不少難題，頻段重合帶來(lái)的頻譜干擾以及5G FEM未來(lái)高度集成化的單芯片設(shè)計(jì)……這都勢(shì)必反推到對(duì)測(cè)試儀器指標(biāo)的更高要求。
3．“生死時(shí)速”的時(shí)間效應(yīng)：從2017年底5G NR標(biāo)準(zhǔn)第一稿推出至今，5G商用化已初見端倪，隨后2018年6月份即將落地的Sub-6GHz 獨(dú)立組網(wǎng)部分以及將于2019年12月定稿的 3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)，讓5G加重了“時(shí)間緊、任務(wù)重”的時(shí)代特性，“更快的測(cè)試時(shí)間、更快的上市時(shí)間，‘快’已成為5G時(shí)代面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，”馬力斯強(qiáng)調(diào)道。
圖2. NI中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)工程師馬力斯現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)概括5G時(shí)代下的測(cè)試挑戰(zhàn)。
“本是同根生”，NI打通實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)測(cè)試助力客戶搶位5G時(shí)代
而NI以軟件為中心的平臺(tái)化解決方案正是為“時(shí)間緊、任務(wù)重”而生。不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式儀器的多種類（頻譜儀、信號(hào)源、電源等）、尺寸大、多個(gè)儀器難以同步配合、測(cè)試速度慢等特點(diǎn)，NI將其平臺(tái)化儀器封裝在一個(gè)小尺寸的機(jī)箱中，并利用PXI技術(shù)實(shí)現(xiàn)了很好的同步機(jī)制，由此帶來(lái)的是測(cè)試速度的極大提升。同時(shí)，通過(guò)將高精尖算法部署到FPGA中，得益于其天然運(yùn)行的處理能力NI從軟硬件雙維度大幅提升測(cè)試效率。
圖3. 基于從實(shí)驗(yàn)室特征分析到量產(chǎn)測(cè)試的一體化測(cè)試平臺(tái)，NI助力客戶搶位5G時(shí)代。
同時(shí)，由于NI的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方案已經(jīng)具備儀表級(jí)的射頻測(cè)試性能，這也使得根植于NI實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方案的NI量產(chǎn)測(cè)試設(shè)備STS能夠更好地統(tǒng)籌未來(lái)5G芯片將要面對(duì)的單一芯片中集合模擬、射頻以及數(shù)字部分的多面測(cè)試，而這也是專注于數(shù)字芯片測(cè)試的傳統(tǒng)AET自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備無(wú)法融入，或者說(shuō)無(wú)法以高性價(jià)比方式融入的一大短板。
此外，由于NI STS與NI實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方案PXI平臺(tái)“本是同根生”，帶來(lái)的直接效應(yīng)就是代碼、硬件資源和投資的最大化復(fù)用，大幅減少臺(tái)式儀表和STS設(shè)備之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、比對(duì)的時(shí)間，進(jìn)一步提升測(cè)試效率。
“之前有談到NI將如何幫助客戶進(jìn)行5G測(cè)試速度的提升，其實(shí)我們也正是用這套以軟件為中心的測(cè)試方案打通實(shí)驗(yàn)室特征分析到量產(chǎn)測(cè)試，幫助客戶進(jìn)行5G時(shí)代更快速的測(cè)試、更快速的部署、更快速的商用化，博通正是通過(guò)使用NI的方案將其PA的測(cè)試效率提升了5倍，”馬力斯補(bǔ)充道。
Qorvo同臺(tái)力證，NI Sub-6GHz 5G NR參考測(cè)試解決方案凸顯軟件優(yōu)越性
最巧合的是，一同參加第七屆EEVIA年度中國(guó)ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)的就有業(yè)內(nèi)首款市售5G RF前端模塊提供者Qorvo，Qorvo的演講嘉賓在現(xiàn)場(chǎng)特別提到，NI作為Qorvo的測(cè)試合作伙伴，聯(lián)合測(cè)試了這款集成了一個(gè)功率放大器和一個(gè)低噪聲放大器的5G FEM。借助NI PXI系統(tǒng)的靈活性，Qorvo可以在重復(fù)使用相同的硬件前提下，使用各種波形快速測(cè)試FEM設(shè)計(jì)。
圖4. NI以軟件為中心測(cè)試平臺(tái)的優(yōu)越性被Qorvo首款市售5G FEM芯片測(cè)試力證（上），其Sub-6GHz 5G新空口測(cè)試解決方案也于同期發(fā)布（下）。
如前所述，在與Qorvo宣布聯(lián)合測(cè)試的同期，NI推出了符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Sub-6GHz 5G新空口參考測(cè)試解決方案，并強(qiáng)調(diào)該解決方案的關(guān)鍵部分是NI-RFmx NR測(cè)量軟件，同時(shí)這款軟件會(huì)跟隨著3GPP規(guī)范的步伐進(jìn)行演變。通過(guò)將高性能RF測(cè)量設(shè)備與快速靈活的測(cè)量軟件相結(jié)合，NI以軟件為中心的測(cè)試解決方案可以幫助客戶在產(chǎn)品開發(fā)的多個(gè)階段重復(fù)使用相同的儀器和測(cè)量設(shè)備，從而縮短其測(cè)量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時(shí)間和產(chǎn)品上市時(shí)間。
應(yīng)對(duì)5G“新天地”，NI推出實(shí)時(shí)帶寬高達(dá)2GHz可靈活更換射頻頭的毫米波測(cè)試方案
不同于業(yè)界對(duì)Sub-6GHz頻段的熟悉，毫米波在為5G打開了一塊新天地的同時(shí)，也為測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域帶來(lái)了一塊亟待開采的“無(wú)人之境”。信道特性的未知性，天線陣列的難測(cè)試性以及后續(xù)OTA測(cè)試的高要求，都使得毫米波測(cè)試?yán)щy重重。
圖5. 5G毫米波測(cè)試的多重困難。
NI用集成化的方式，將其算法部署到FGPA，并提供不同頻段的雷達(dá)頭，對(duì)應(yīng)5G場(chǎng)景化的應(yīng)用推出了實(shí)時(shí)帶寬高達(dá)2GHz的NI 毫米波收發(fā)儀系統(tǒng)，很好地解決了測(cè)試設(shè)備功耗及尺寸大小的制約因素，甚至方便一些客戶隨身攜帶進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試，例如信道測(cè)量等。
據(jù)馬力斯介紹，其實(shí)在5G非常早期，很多客戶在進(jìn)行毫米波領(lǐng)域設(shè)計(jì)原型的時(shí)候，就選用了NI的毫米波收發(fā)儀系統(tǒng)，例如NOKIA。由于統(tǒng)一源于NI以軟件為中心的理念，這套系統(tǒng)同樣適用于測(cè)試場(chǎng)景，只需將其軟件進(jìn)行版本升級(jí)以滿足測(cè)試的指標(biāo)和規(guī)范即可，例如，部分NI客戶已經(jīng)將其用于77GHz汽車毫米波雷達(dá)的測(cè)試。“只需更換前端不同頻段的射頻頭，這套毫米波測(cè)試方案即可滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，”馬力斯補(bǔ)充道，“特別是高達(dá)2GHz的實(shí)時(shí)帶寬同樣非常適應(yīng)一些研究所和高校的高帶寬前景應(yīng)用。”
圖6. NI推出實(shí)時(shí)帶寬高達(dá)2GHz、可靈活更換前端射頻頭的毫米波收發(fā)儀系統(tǒng)。
作為5G首批“開拓者”，“NI其實(shí)很早之前就已經(jīng)介入5G研究，”馬力斯強(qiáng)調(diào)道，從2010年成立NI全球射頻通信領(lǐng)先用戶計(jì)劃至今，從國(guó)外的AT&T、NOKIA、Intel、NTT Docomo、SAMSUNG、 Facebook等到國(guó)內(nèi)的東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海無(wú)線通信研究中心(WiCO)等，NI早已在全球范圍內(nèi)編織了一張5G商業(yè)網(wǎng)。
圖7. NI早在2010年就已推出全球5G射頻通信領(lǐng)先用戶計(jì)劃。
圖8. 加速5G領(lǐng)域半導(dǎo)體測(cè)試從概念到落地，NI的優(yōu)勢(shì)正是其一直堅(jiān)守的以軟件為中心的戰(zhàn)略。
當(dāng)前，5G進(jìn)入快速商業(yè)化的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，“NI利用前期所積累的軟件優(yōu)勢(shì)，基于其以軟件為中心的平臺(tái)，憑借PXI的定時(shí)、同步技術(shù)，可以幫助客戶快速應(yīng)用到自身的5G商用化進(jìn)程中，”馬力斯總結(jié)道，“不論是5G設(shè)計(jì)公司還是后期的量產(chǎn)測(cè)試，NI都會(huì)有很好的切入，而這都是源于NI從1976年成立至今始終堅(jiān)守、投入并攜手合作伙伴、客戶一起共建的以軟件為中心的測(cè)試生態(tài)?！?/p>
關(guān)于美國(guó)國(guó)家儀器（NI）
從1976年開始，美國(guó)國(guó)家儀器 (www.ni.com) 一直致力于提供各種強(qiáng)大的基于平臺(tái)的系統(tǒng)來(lái)幫助工程師和科學(xué)家提高效率和加速創(chuàng)新，以解決全球面臨的重大工程挑戰(zhàn)。從醫(yī)療、汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品到粒子物理等各行各業(yè)的客戶正在使用NI的集成軟硬件平臺(tái)來(lái)改善我們生活的環(huán)境。