破解從4G到5G的測試挑戰

　　馬健銳?（是德科技?行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理）

　　1 5G的測試挑戰

　　4G及更早期的移動(dòng)通信制式，工作頻段都在3GHz以下，最大單載波帶寬不超過(guò)20 MHz，業(yè)界對3 GHz以下的器件和材料有較多的研究和技術(shù)儲備，器件的工藝及技術(shù)性能基本上可以滿(mǎn)足大規模商用的需求。為了滿(mǎn)足5GKPI和用戶(hù)場(chǎng)景的需要，5G引入了更多新頻段。3GPP 5G NR指定的FR1頻段包括(460~7125) MHz，2019年11月召開(kāi)的世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì )（WRC-19）分配給5G FR2的頻譜包括(24.25~27.5) GHz，(37~43.5) GHz，(45.5~47) GHz，(47.2~48.2) GHz和 (66~71) GHz。這些頻譜的分配為5G實(shí)現其三大應用場(chǎng)景奠定了落地基礎。

　　在我國，工信部批復了(24.75~27.5) GHz和(37~42.5) GHz作為高頻試驗頻段，我國當前正在進(jìn)行的IMT2020 5G增強技術(shù)試驗也已經(jīng)開(kāi)始面向預商用級別的毫米波基站、毫米波終端芯片的相關(guān)測試工作。

　　按照目前的行業(yè)水平，一款芯片或器件從立項到商用大約要5~6年時(shí)間。由于5G新頻段的引入，應用于這些新頻段的芯片、器件的市場(chǎng)需求、技術(shù)儲備、工藝水平、產(chǎn)品性能、量產(chǎn)能力等方面有許多不確定性和技術(shù)瓶頸，亟待行業(yè)突破。從3GPP 5G NR關(guān)于FR2方面的測試標準的完善程度可以一窺端倪。

　　5G高頻器件的產(chǎn)品形態(tài)相對于低頻發(fā)生了改變，器件呈現芯片化、集成化、小型化的趨勢，對高頻器件的系統設計、制造工藝、裝配和測試技術(shù)提出了更嚴格的要求。例如毫米波天線(xiàn)已經(jīng)采用了芯片化的封裝，天線(xiàn)與有源的射頻前端器件集成在一起，已經(jīng)不能使用傳統的傳導測試方法進(jìn)行測試，轉而采用不確定度更大的OTA測試方法。而射頻前端FEM類(lèi)似，頻率高、大帶寬，有多種不同的功率覆蓋需求，CMOS由于噪聲系數、輸出功率的相對劣勢，已經(jīng)不能一統江湖，業(yè)內已經(jīng)引入砷化鎵、氮化鎵、SiGe等半導體制造工藝。由于5G新頻段以及Massive MIMO的引入，5G設備中會(huì )加入更多數量的濾波器。傳統SAW、BAW工藝的濾波器的性能極限由于覆蓋不到24 GHz以上的頻段，面向毫米波頻段的濾波器目前仍有若干種可選工藝方案正在探究。

　　總之，5G中高頻段器件除了保留了大部分低頻段器件的測試需求以外，由于自身產(chǎn)品形態(tài)和工藝路線(xiàn)發(fā)生了改變，測試可行性的問(wèn)題也伴隨發(fā)生，測試方法需要相應改變，測試難度和不確定度相應增加。

　　2 工程師開(kāi)發(fā)時(shí)的痛點(diǎn)

　　5G的器件類(lèi)型十分眾多，有眾多分類(lèi)方法，例如分為集成電路、分立器件，或者分為無(wú)源器件、有源器件，按照端口數目，分為單端口、二端口、多端口器件等。以收發(fā)信機（圖1）為例，無(wú)源器件包括：電感、電容、傳輸線(xiàn)、電纜和接頭、濾波器、功分器、耦合器、天線(xiàn)、環(huán)形器、隔離器、開(kāi)關(guān)、移相器等。有源器件包括：功放、低噪放、混頻器、調制器、振蕩器等、ADC、DAC等。

　　不僅器件種類(lèi)多，而且每種器件都有相應的測量方法，測試的標準和指標也不盡相同，表1列出的幾種類(lèi)型的測試指標及其對應測試工具。

　　可以看到，產(chǎn)品和器件的研發(fā)過(guò)程中測試需求多，測試場(chǎng)景復雜，測試挑戰很多。以功放PA EVM測試為例，針對5G毫米波和大寬帶PA的EVM測試與傳統的3G/4G有很大不同，主要原因是毫米波和大帶寬信號本身信噪比就不高，由測試儀表和測試附件所引入的殘余EVM，會(huì )嚴重影響測試結果的可信度，測試工程師需要清楚了解誤差來(lái)源，調試校準測試系統到最小的不確定度。還有一種場(chǎng)景也經(jīng)常出現，1個(gè)器件的測試通常會(huì )包括很多參數的測量，一般情況下需要多次插拔連接多種測試工具，測量過(guò)程繁雜且容易出錯，經(jīng)?？梢?jiàn)被測件多次插拔后損壞的現象。例如載片測試，測試工程師需要盡可能1次連接完成多個(gè)測量。再舉一個(gè)常見(jiàn)的例子，例如天線(xiàn)等多端口器件的測試。5G天線(xiàn)通常是以天線(xiàn)陣形式存在，傳統單端口天線(xiàn)或者LTE天線(xiàn)需要簡(jiǎn)單測駐波、隔離、回波損耗參數等，而5G天線(xiàn)陣列的1個(gè)子陣就有多達幾十個(gè)天線(xiàn)陣子，需要測試工具能夠自動(dòng)測試高達32個(gè)天線(xiàn)陣子之間的耦合、隔離、駐波等參數。

　　3 是德的解決方案

　　是德科技的5G測試解決方案為客戶(hù)提供從研發(fā)、驗證到部署的全工作流程測試工具，滿(mǎn)足客戶(hù)從L1物理層到L7應用層的測試需求。是德科技5G測試解決方案，被全球移動(dòng)運營(yíng)商、系統設備廠(chǎng)家、芯片廠(chǎng)家、手機廠(chǎng)家廣泛使用，加速了第一波商用5G網(wǎng)絡(luò )和5G智能手機的浪潮，是德科技的先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗協(xié)助客戶(hù)提供品質(zhì)卓越的5G移動(dòng)通信產(chǎn)品和服務(wù)。與客戶(hù)緊密的合作，不僅加速了5G創(chuàng )新和商用，同時(shí)使是德科技的解決方案很好地保持技術(shù)的先進(jìn)性和前瞻性。

　　是德科技主要的5G端到端解決方案如圖2所示。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期。）