无线测试面临新挑战

你的手机比五年前要复杂得多，而随着新的无线技术的发展，它将变得更加复杂。这引发了测试设备供应商的争相提出解决方案、方法和设备，这些解决方案、方法和设备要足够经济、有效和可靠，以确保所有这些技术都能按计划工作，并在预期寿命内继续工作。

无线组件和系统的测试正在为第五代蜂窝技术(通常被称为5G)做准备。5G取代4G LTE还需要一段时间——世界上许多地方刚刚开始实施4G LTE服务——而5G的推出将给电信运营商、手机制造商、半导体供应商以及那些负责测试5G芯片、手机和网络的工程师们带来许多挑战。

去年12月，3GPP第15版定义了5G新无线电技术，该技术将支撑新标准，但仍需要更多的国际开发。还有国际电信联盟对高频频段的IMT-2020定义。

让事情变得更复杂的是，随着5G的敲定，其他形式的新型无线通信也在路上。其中包括IEEE 802.11ax，这是最新的Wi-Fi版本，它将利用多输入多输出(MIMO)和多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术，类似于5G的大规模MIMO技术。

杰森·怀特，无线测试主管国家仪器他认为现在和未来影响该领域的因素有很多。

“如果你看看人们现在面临的挑战，就我们在手机上部署的东西而言物联网我们现在购买的设备中，这个行业在这个领域面临的最大挑战是数量和成本，”怀特说。“这些事情与今天所有这些设备都比10年前复杂得多的事实紧密相关。如果你看看坐在你面前的智能手机，它有多种无线电，测试多种技术。从理论上讲，测试的成本应该比10年前高，因为我实际上测试的东西可能是当时的10倍。我有更多天线，更多无线电。除了蜂窝，我现在还在测试Wi-Fi、GPS、NFC、无线充电——所有这些都代表了产品上的空中接口。从测试设备的角度来看，你在这个领域看到的趋势会影响进入这些设备的半导体价值链，也会影响终端设备的制造测试。你会看到越来越多的测试设备可以测试多种标准。”

所以，在智能手机等设备上发生的那种融合，也正在测试领域发生。怀特说:“你开始看到测试设备成本下降的趋势。“或者在某些情况下，测试设备的成本可能没有下降，但能够更多地利用测试设备的压力，以及比过去更快的测试时间，这些都是消费者在半导体和终端设备生产测试方面做出的购买决策的一部分。”

在这种融合的同时，在某种程度上也正因为如此，这些设备内部的部件也变得越来越难以测试。他说:“十年前，你可能只需要为蜂窝网络测试功率放大器。“现在，没有人单独购买一台PA。他们正在购买整合的前端模块，其中有多个功率放大器、开关和滤波器，所有这些都内置在一个部件中。随着整合和技术的发展，复杂程度也在提高。每个人都在谈论5G，而现实是今天已经有了5G的一些片段。我们已经部署了低于6千兆赫的5G测试解决方案。这项技术很好理解，因为它与LTE以及之前的3G没有太大区别。事情要快一点，测量性能要好一点，但最终，这是很多新软件。”

5G还将增加一些有趣的变化，因为它的推出与辅助和自动驾驶密切相关。

该公司高级经理Anil Bhalla表示:“在我们‘跟踪芯片’的过程中，有必要进行大量测试，以验证设计和制造操作所产生的解决方案是否符合监管标准，没有缺陷且安全。天体电子学．“汽车将需要使用比智能手机等消费设备更成熟的技术。这种测试将同时发生在组件级和系统级。”

图1:5G使用模型。来源:5G美洲频谱建议

交错的介绍
5G的推出将分两个阶段进行。一种使用6 GHz以下的频段，比4G LTE有一些改进。另一种是利用24 GHz以上的频谱，最终走向毫米波技术。随着频率的提高，速度和更快地传输更多数据的能力也会提高。但随着频率的升高，信号传递的距离会减小，干扰和潜在干扰的数量就会变得更加关键。

这为测试增加了一些有趣的新变化。“在6ghz以上，有很多关于毫米波的讨论，以及毫米波的采用和5G会发生什么。在这里，你会看到很多不同的观点汇集在一起。第一个主要视角是市场视角。那就是，毫米波到底什么时候会成为无线测试基础设施的重要组成部分?有非常明确的用例，因为它们被称为固定无线接入，我使用毫米波从我的基站进行高速连接到回程，或者可能从基站到内部的小型蜂窝设备，这样我就可以向家里提供高带宽连接。在这些固定的使用案例中，商业模式甚至一些设备都很容易理解。但是，当你谈到实际将这项技术植入手机的移动用例，并处理毫米波带来的所有问题时——它们不能穿过墙壁，甚至不能穿过你的手——所以，当我开始尝试将其植入手机时，就会遇到所有这些挑战。”

其中一个挑战涉及无线测试，5G手机需要进行无线测试，因为标准的电缆和探针不足以完成这些任务。

怀特表示，最近出现了用于802.11ax和sub-6 GHz 5G的新芯片。“这两个标准中有趣的一件事是，由于更紧凑的子层空间和对这些芯片组更好性能的需求，实际上对测试设备提出了很多要求。”

Teradyne LitePoint部门的产品经理乔治·赫塔尔特(george Hurtarte)指出，目前无线测试面临四个主要挑战:

•频率更高;
•带宽增加10倍;
•毫米波的空中测试;
•需要更快、更灵活的测试设备。

“很少有专家知道毫米波，”Hurtarte说，并指出这项技术的复杂性，涉及到它们可以传播的“非常非常短”的距离。由于这些原因和其他原因，测试设备需要更简单。

更让人困惑的是，美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission)指定的频段与中国和欧盟使用的频段并不相同。

“这是一个经济上的挑战，”他说。由于大规模MIMO技术可能涉及64到256个天线，接触测试无法工作。必须通过广播。

随着5G标准的进展，以及随之而来的私营部门的研究和开发，大多数专家预计，第一批真正的5G产品将在明年初出现，可能是世界移动通信大会上推出的平板电脑。

正确看待5G
5G并不是唯一的高频标准。WiFi正在与蜂窝5G标准一起发展，基本上为目前存在的4G LTE和WiFi的下一代技术提供了相同的关系。两项新的Wi-Fi标准802.11ay和802.11az将在60 GHz频段运行，传输速度最高可达20 Gbps。

Hurtarte预测，到2020年，5G技术将用于车对基础设施、车对车和V2x通信。不过，这可能是5G中低于6ghz的部分。5G的高频部分将需要大规模的基础设施建设，因为信号会受到树木、人甚至天气的干扰。这需要信号的多流和波束形成技术，以及比现在更多的天线和中继器。

但随着自动驾驶的进入，由于需要移动的数据量大幅增加，这种情况可能会更快发生。

“车对车(V2V)和车对基础设施(V2X)的日益普及，意味着车辆雷达系统的数量将持续增加，”中兴通讯营销副总裁Steven Liu表示联电铸造．这些系统所需的技术包括汽车的防撞雷达和全球定位系统，以及与红绿灯和车辆调度员交互所需的传感器。这些系统将与现有的系统协同工作，如乘客舒适度和信息娱乐控制系统，以及调节温度、胎压和汽油的发动机监控子系统。用于长途运输的卡车将需要负载水平、负载转移、曲线和风切变系统，所有这些系统共同工作，以确保货物在运输过程中不受损，并确保卡车集装箱在整个旅程中稳定。所有这些5G通信应用对于系统执行各自操作的能力都至关重要。”

这对测试有很大的影响，它为包括空中测试在内的各种方法指明了道路，因为这些系统在现场和制造过程中都需要满足一定水平的可靠性。“你不可能把50根、60根、100根电缆连到天线上，”罗德与施瓦茨公司无线业务开发经理托尼·奥弗曼(Tony Opferman)说。“测试变得更加复杂。人们要求更自动化的解决方案，并要求测试设备更强大。这些盒子的耗电量非常高。”

根据Opferman的说法，除了蜂窝之外，客户还在考虑802.11、蓝牙、LoRa和Sigfox。

罗德与施瓦茨公司(Rohde & Schwarz)无线部门的高级营销经理基思·科博勒(Keith Cobler)认为，客户在无线测试中寻求更大的灵活性。他说:“我们的客户总是要求在整个设计链上提供更快、更广泛、更便宜的解决方案。”“他们正在测试很多不同类型的技术。在飞行中，他们可能不得不从测试LoRa设备切换到现在的Sigfox或窄带物联网设备。能够有这样的灵活性和这样的表现，能够达到一个数字，这是非常关键的。市场上有很多关于5G的讨论。很多人认为5G是一种“拆换”技术，但事实并非如此。5G在一定程度上是进化——3GPP的进化，它真正开始于2008年，并与LTE一起稳步前进。”

根据Cobler的说法，波束形成和载波聚合是过去蜂窝技术的一部分，而毫米波是新的无线通信的一个关键方面。“5G将在很大程度上利用这一点。”

毫米波技术将有助于将带宽能力提高10到20倍。不过，毫米波电缆非常昂贵。如今，它的价格高达数千美元，不过随着时间的推移，价格可能会下降。

“测试这些东西非常昂贵，”奥弗曼说。“测试成本将大幅增加。你需要相当深厚的射频经验。你必须对射频有更深入的了解。”

他指出，5G测试设备的更高成本可能意味着公司将把5G测试外包给测试实验室。

不仅仅是设备的问题。这也是需要用这些设备进行的大量测试。

Astronics的Bhalla说:“安全关键应用将需要额外的测试，因为我们更好地理解了缺陷机制。”“基于早期试验，业界认为这将会起作用。在更大范围内进行更多试验将支持这项新技术的逐步推广。自动驾驶的经济性激励着整个半导体生态系统在这一过渡期间不断发展。”

图2:使用场景和频带。来源:gamericas.org 5

结论
无线测试正在经历许多技术变革，特别是为了响应5G无线通信、802.11ax Wi-Fi和其他通信协议。因此，测试设备的成本不会很快下降。

最重要的是，无线测试设备的客户希望更灵活地处理新技术所需的更高频率、更快的数据传输和空中测试。

随着通信技术变得越来越复杂，测试也变得越来越复杂。如果未来汽车和其他移动设备内部和外部的协议和通信路线图有任何迹象，那么在未来十年，复杂性将急剧上升。

-Ed Sperling对本文也有贡献。

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