5G：毫米波带来的设计测试改变有哪些

移动通信和WLAN正向5G和802.11ax/ay演进，以便满足人们日益增长的海量数据传输需求。5G中新增毫米波频段，除了能够提供大带宽增加信道容量外，设备体积也可以做得很小，并且可以使用大规模天线阵列—massive MIMO技术。当下绝大多数5G Massive MIMO都提供了最少64个天线振子，且不再提供测试接口，因此无法采用线连的方法测试，而必须通过空口（OTA）测试。

日前，是德科技测试测量大会（KMF 2017）在深圳举办。该大会探讨了无线市场的最新发展趋势和其中的关键技术。同时，该公司也带来了两款新品，旨在应对毫米波技术所带来的严苛测试挑战。

无线通信：毫米波带来哪些设计/测试改变？

首先来看下无线通信发展的两条主线。下图左右两边分别是蜂窝通信和WLAN的发展历史。是德科技中国区无线市场部经理白瑛表示，5G和802.11ay演进是顺理成章的，目的是要用于传输海量数据。

从蜂窝通信来看，驱动力来自人们对移动终端数据速率大幅提升以及对连接数目增加的需求。同时无线应用的场景会越来越多。以前我们喜欢谈数据速率有多高，比如手机跑分，但现在来看，更重要的是手机上有哪些卸载不掉的应用，比如微信、共享单车等。这些都和流量、用户体验直接挂钩。

因此，人们对5G提出了数据速率更快（快100倍）、容量更大（万物互联，多1000倍）、密度更高（100倍）、1ms延时，99.999%可靠性，100倍能效的总体需求。

然而，根据香农定律，要提高信道容量，就需要增加信道带宽，这也是业界开发毫米波频段的原因之一。另外到了毫米波时代，设备体积可以做得很小，并且可以使用大规模天线阵。这就是目前5G研究一个非常热门的话题。

Verizon提出的V5G标准准备在28GHz的中心频点上商用5G网络。我国现在也在研究28GHz、39GHz甚至45GHz等频点。国际上一些领先基站厂商也开始研究了60GHz、70GHz和90GHz等中心频点，目的是要获取更大量的带宽。

除了向更高、更快、更强的方向发展外，5G还在向更低时延和更低能耗的方向发展。5G蜂窝通信可能大部分集中在eMBB（增强移动宽带）研究上，其中运用了多种技术，比如大规模天线阵、毫米波等。然后是物联网应用（包括NB-IoT，CAT-M），其被归类为mMTC（海量机器类通信）。第三类是uRLLC（超高可靠超低时延通信），覆盖比如汽车、远程医疗等低延迟应用。

5G新空口（New Radio，NR）技术的提出正是通过设计不同的新波形和多址接入方式来满足这三大类应用需求。另外，Massive MIMO技术的特点也特别适合使用波束赋形对边缘用户进行赋形以提高增益。

另外，以中国移动为代表的运营商和一些设备厂商提出来了C-RAN的概念，把BBU和RRU分开，从而可以灵活部署——对于用户信号不好或容量大的场所通过光纤架设RRU基站，若干个RRU共用基带池BBU,这样就可以实现快速布署和配置，也更加节能和环保。以上都是5G中比较主流的几个技术。

从5G的时间表看，日本和韩国分别希望在2020年东京奥运会和2018年韩国冬奥会上商用5G。因此，2020年是国际上公认的5G大规模商用的元年。今年年底，3GPP预计将会制定5G的第一版规范。

Keysight解决方案大致分类。

Keysight 5G合作图。

下图是物联网市场分析图。白瑛认为，蓝牙、WiFi、NFC以及3GPP演变的NB-IoT/eMTC等都属于IoT的一部分。按照速率和覆盖范围来看，它表现出不同的技术趋势，因此很难用一种技术来涵盖所有的应用。然而，有一大类应用场景脱颖而出，即低功耗广域网，NB-IoT和Cat-M即归属在其中。这个应用范围近期来看有爆发式的增长趋势。

IoT的设计和测试主要涉及以下几个部分。1.设计仿真和建模。比如智能水表和电表，信号在经过潮湿的环境、多普勒频移或衰落的场景下，接收灵敏度是否还能达到指标，组件是否还能工作，这可以在早期的研发阶段通过建模验证。2.入网认证，特别是对NB-IoT和Cat-M，要验证能否满足权威认证机构检验并接入运营商网络。3.功耗。IoT设备能否保证十年以上电池寿命，有什么测量结果可以予以证明? Keysight功耗分析解决方案，可以分析电池使用寿命，在各种连接情况下，到底功耗是多少。4.与此同时，该公司还提供IoT信号生成、分析等方案，无论是研发还是生产阶段均能满足测试需求。

2款毫米波重磅产品：毫米波网络分析仪、PXIe微波信号发生器

毫米波网络分析仪毫米波应用越来越广泛，总体上分为商用和航空航天国防两大块市场。商用市场包括最早的以802.11ad和无线HDMI为主的无线应用，到随后的汽车雷达（早期主要用作防撞和辅助泊车，现在演变为多通道雷达系统，用于自主控制车辆）。另外还包括下一代无线通信5G的毫米波频段，微波与射频应用工程师李萌介绍。

航空航天国防市场则一直是毫米波应用的另一个主要场景，包括雷达/电子站、卫星和地面通信系统等。而现在，毫米波成像也越来越受到人们的青睐。比如现在很多机场中的安检系统都采用了毫米波成像技术。相对于之前的成像系统，毫米波成像能够提供非常高的分辨率，轻松识别乘客身上的小尺寸违禁物品。 随着毫米波应用越来越广泛，测试需求也会日益旺盛，尤其是毫米波的网络分析需求。

是德科技的网络分析仪产品也是非常全面，包括适合外场测试的手持式网分FieldFox、模块化PXI VNA、高性价比ENA系列以及PNA系列高性能毫米波网分。今年该公司又在PNA系列的基础上推出了PNA-B系列网络分析仪。它和PNA一样，具有PNA-X、PNA和PNA-L三大不同定位的平台。

在价格不变的情况下，PNA-B提供了更便利的可用性，包括12.1”多点触控显示屏；软件选件变成独立产品结构，因此可以提供多达4种license类型；最低频率低至900Hz，显著低于A系列。此外，基于此网络分析仪可以搭建出全新的宽带毫米波网络分析测试系统。

PXIe微波信号发生器M9383A，包含模拟和矢量两种信号发生功能。白瑛指出，它有两个“新”。一是基于PXIe的模块化结构，这是测试测量仪器的发展趋势。二是它是目前唯一一款可以在单台仪表把微波矢量信号做到44GHz的信号发生器。

这款新的微波信号发生器背后的一大驱动力来自军用自动测试设备（ATE），它对于未来设备的需求是希望提供能应对多个测试方向的通用测试平台，能降低总拥有成本，具有可扩展性，减少设备占用空间，减少维修时间，提高测试质量。

此外，航空航天于国防、卫星通信组件/子系统测试对于射频/毫米波/毫米波组件、下变频器、接收机和卫星调制解调器也都有着毫米波信号发生器的需求。

与此同时，5G的毫米波应用对微波信号发生器也有着很高要求。5G由于人们对信道还不了解，需要对不同场景做信道测量（channel sounding）。这就需要信号发生器能提供高频、大带宽的矢量调制信号。另外，5G的Massive MIMO要提供最少64个振子，不会再提供测试接口，因此无法采用线连的方法测试，必须放在暗室中通过空口（OTA）测试。因此就需要提供大带宽甚至能产生MIMO信号的、具有可扩展性的信号发生器。

PXIe微波信号发生器M9383A频率范围高达44GHz，调制带宽高达1GHz，可以生成5G和航空航天与国防应用所使用的复杂波形。它采用的DDS技术与合成器VCO能够提供优异的相位噪声性能。加上出色的基带性能，M9383A能够实现1%的EVM——这是800MHz带宽的准5G波形的一个关键性能指标。