David Hall

美国国家仪器公司 RF和无线核心产品经理

行业首次引入5G概念时，国际电信联盟（ITU）提出了5G有望解决的三大主要应用场景的基本框架。

据美国国家仪器公司RF和无线核心产品经理David Hall介绍：“首先是增强型移动宽带（EMBB）， 这个概念就是我们可以通过移动通信获得更大的数据吞吐量和更快的数据传输数率；另一个是增强型机器类通信（EMTC），这种通信能够使许多设备进行低时延高可靠的通信；第三个应用场景基本上就是物联网（IoT），即需要在网络上支持大量无线设备的概念。所以我们需要能够具备这种能力的网络。”

在这三种应用场景中，工程师在设计和测试产品时目前最困难的是EMBB应用场景。原因在于，该行业将在28至40GHz的毫米波频率下部署5G，其带宽要比目前的仪器明显更宽。

“关于如何设计测试夹具，或者对这些产品进行测试的规则，正在发生变化。” Hall表示，“例如，过去，可能能够通过长电缆将被测设备（device under test ，简称DUT）连接到测试仪器，因为频率在1 GHz或2 GHz时，不必担心插入损耗。但是现在，当中心频率达到28GHz或40GHz时，不能在被测设备和仪器之间建立长距离连接，因为信号会明显地衰减。”

因此，制造商应该重新设计测试系统，以便仪器能更接近DUT。Hall补充道，目前看到了28GHz无线电策略的改变，即将更多的集成天线集成到实际的封装内。

“这意味着它增加了需要进行空中测试的可能性，这是曾经的禁忌，即多年来无线领域的禁忌。”Hall说。“但是现在，当天线与无线电本身紧密结合时，这是非常必要的。到目前为止，5G是当今移动通信面临的最大挑战之一，尽管其他标准即将出台，如IEEE 802.11ax和蓝牙低功耗等。但对于其他标准，也遵循所有相同的规则。但5G和新频段的使用带来了很多挑战。”

他们的客户目前面临的最大挑战之一是技术变革的速度加快。业界从2G到3G的时间比从4G到4.5，再到5G的时间要长。

“这意味着客户应对新的测试和技术挑战的时间更少了。我们的目标是提供基于平台的方法，让我们的客户可以在该平台的基础上开发测试系统，而客户对其开发的测试软件拥有自主知识产权，并允许他们持续长时间重复使用其测试软件，而且可随时插入新的硬件。”Hall解释说。“其中一个例子就是我们在2012年发布的矢量信号收发器。如果你们早在2012年编写了使用矢量信号收发器的测试软件，那么现在仍然可以在最新的矢量信号收发器中使用该软件测试。但现在，这种新型矢量信号收发器具有更好的误差矢量幅度（EVM）性能、更好的本底噪声性能，以及超过10倍的带宽。这是帮助客户保护其投资的一个佳例，即让他们可以使用最新和最好的硬件，而不必做很多的返工。”

开发5G测试系统

NI提供自动化测试设备和虚拟仪器解决方案。为了帮助客户进入5G，公司正在与5G测试阵营的几位主要用户合作，“因为许多客户完全是第一次接触毫米波测试系统”，Hall说。

NI正在与这些领先用户密切合作，为他们提供其公司一些测试技术的最初样品，并且这些用户也会提供反馈，包括什么可行、什么不可行，以及他们在测试中发现的一些挑战。

通过这种方式，公司在客户制造商的帮助下，正一起定义一些5G测试产品。

Hall称，该公司最近与AT＆T合作，帮助他们建立一个信道测深仪，该系统用于测量28GHz频谱中的一些真实世界的电磁传播效应。在这次合作中，NI提供了软件定义的无线电硬件和工程资源，以帮助AT＆T进行系统开发。Hall指出：“通过该系统，AT＆T已经可以进行真正的测量，并且能够以前所未有的方式描述信道的特性。”

5G应用场景

Hall称，负责5G的标准组织3GPP正在同时开发更多的无线技术，以支持更多的物联网应用实例。

“这是从前几年开始慢慢发生的转变，从GSM开始，接着是3G，然后到LTE，我们也看到有人试图使用蜂窝技术来支持非蜂窝应用。其中一个实例就是汽车，有一种叫做OnStar的技术，它使用CDMA网络（2G移动通信），在车辆出现问题时与基站进行无线电通信。显然，CDMA不是为这种应用设计的，但它完全可以解决这个问题。”Hall说。

Hall还说，3GPP正在转向设计移动宽带标准，它与物联网用标准不同，甚至与汽车用标准也不同。正在积极开发的两种技术：其一称为NB-IoT（窄带物联网），与LTE相似，专为低功率、长距离传输和支持网络中的许多设备而设计；另一个正在同时开发的是LTE V至LTE X和5G V至5G X，这是一种基于5G和LTE技术的车与车之间的通信标准，专为高多普勒情形而设计，例如用于移动车辆间的彼此通信。

机器与机器的通信

制造业正在向更智能迈进，因而需要越来越多的机器通信。那么5G会对之有怎样的影响或帮助？机器类型通信的一些关键要求是：延迟指标（一个设备传输和另一个设备接收之间须严格同步）；通信的稳定性；低功耗。

“这些传输数据速率通常较低，但也同样希望它们功耗更低，尤其是当网络中有很多设备时，不希望消耗大量功率。” Hall说。“所有这些都是为什么最终许多机器类的通信将使用NB-IoT标准。NB-IoT考虑了低功耗因素，使用相对较小的频谱，因此网络中可以有很多设备，并且对5G MAC和PHY层的改进解决了一些延迟和可靠性问题。这些问题在机器类通信环境中很重要。”

T＆M产业的未来

这个行业一定会发生很大的变化。Hall说，每当获得新的重大创新，以及测量类型的重大变化，你都会看到突破性的机会。

“我们现在看到了一些机会。在移动通信领域，毫米波的出现以及与毫米波测试相关的挑战正在创造突破性的机会。能够解决这一测量挑战的测试和测量供应商占得先机，可获得显著的市场份额。我们也看到了汽车领域的机遇。随着车辆电气化和雷达等自动驾驶技术的采用，测试的意义更加重大。自主驾驶可能会有危险，彻底测试这些系统非常有必要。所以，这也为新的测量类型创造了颠覆性的机会，提供了重大的市场商机。

“随着产品上市时间越来越快、设备越来越复杂、测试案例越来越多，以及完成任务的时间越来越紧，客户的挑战越来越大，NI提供了一个平台，使他们能够快速利用新测量技术处理不断增加的设备复杂性，这是之所以要采用PXI的一个非常有说服力的理由。”Hall说。

Hall说：“大家可了解一下历史，10年前，我们看到客户正在进行4G测试。从3G到4G，我们第一次真正开始在研发中使用自动化，在此之前，都是手动进行测量，即当有双波段设备时，只能先测试一个波段，然后再测试另一波段。当我们从2波段组件变迁到20波段组件时，测试组件升级到自动化成为关键因素的阶段。选择PXI的一些首要也是最令人信服的理由是必须与测量速度有关，因为使用PXI和自动化，可以在几天之内完成产品的特性分析，而在此之前需要几个月。”

Hall说，这个问题将会持续存在，所以基于平台的方法具有快捷的测量速度和广泛的测量灵活性，是应对这些挑战的唯一方法。

Hall说：“对于电子行业来说，这是一个激动人心的时代。像自动驾驶和5G这样的技术正在推动突破以往认为的技术边界。十年前，可能会认为这太疯狂了。但现在，我觉得作为一名工程师，来处理并解决这些挑战是一件激动人心的事。”