5G測試:問題與啟示

第五代蜂窩技術被稱為5G,有望實現電信,自動化和計算領域的巨變。一些分析家和未來主義者認為,它具有以比互聯網本身更大的方式來變革社會的潛力。但是,5G的性能要求給IC / SOC測試,PCB組裝測試,成品設備測試和網絡設備一致性測試帶來了一系列獨特的挑戰。


5G是IMT-2020性能要求的通用名稱,由國際電信聯盟(ITU-R)定義。滿足IMT-2020要求的技術可以與滿足4G要求的技術相同的方式將其技術作為5G進行銷售-包括受第三代合作夥伴計劃(3GPP)系列標準支配的長期演進(LTE)和受WiMAX支配的WiMAX。由電氣和電子工程師協會(IEEE)802.16系列標準制定的–通常稱為4G。 3GPP用於5G無線設備的技術被稱為New Radio或“ NR”。
與專注於改善便攜式計算設備的連接性的前幾代蜂窩一樣,5G將用戶體驗的數據速率提高了幾個數量級,並將延遲降低到接近實時水平。此外,5G增加了對時間關鍵型應用程序的支持,例如針對智能/自動駕駛汽車和虛擬或增強現實的精確定位(無需GPS衛星),並擴展了對物聯網(IoT)應用程序和機器人系統的支持。 5G無線電將利用波束成形和多輸入,多輸出(Massive MIMO)天線,這些天線利用空間復用和多徑來改善信道性能和頻譜效率。為了達到5G要求的性能水平,設計人員將把計算,內存,數字和模擬/ RF電路以及半導體推向極限。
另外,隨著每一代蜂窩技術的發展,所需一致性測試的複雜性呈指數增長。 3GPP版本14(包含一些5G之前的元素)在完整一致性套件中指定了大約15,000個測試。 3GPP 15版(5G早期)指定了大約300,000個測試–測試複雜度增加了20倍。我們應該期望3GPP Release 16(純5G)將指定其他測試。值得注意的是,這些數字不包括旨在表明5G設備和設備不會在共享頻譜中乾擾非5G設備的共存測試。隨著測試數量的增加,測試成本上升-對更高測試速度和測試靈活性的需求也將增加。

測試5G設備和設備的RF前端(RFFE)具有挑戰性,因為空中接口頻率範圍從450 MHz至6 GHz(在FR1頻段中)和24.25 GHz至52.6 GHz(在FR2頻段中),並且包括授權的和無牌樂隊。 5G RFFE(特別是在用戶設備中)的功耗將是一個考慮因素,因為功率放大器的效率會隨著輸出頻率的升高而降低。此外,5G接收器和發射器上的電源管理架構都需要對信號電平的變化做出非常快速的響應,當5G鏈路使用受到視線障礙嚴重影響的更高頻率時,這種變化可能會迅速改變。

在需要高吞吐量的5G使用配置文件中,5G基帶集成電路和片上系統設備將使用極快的數據速率-對於5G NR基站設備中的某些SERDES接口,每秒約32吉比特。 Nyquist-Shannon採樣定理要求時鐘速率至少是數據速率的兩倍,這意味著測試系統中的採樣時鐘將以等於或大於更高的5G空中接口頻率的速度運行–這對信號完整性測試的設計具有重要意義固定裝置和電路。同樣,5G的端到端延遲要求等於或低於1毫秒,這意味著測試夾具和電路必須能夠高速測量和管理過渡。

鑑於上述情況,很明顯,必須使用RF技術設計5G NR設備和裝置(以及用於分析它們的測試儀)中的數字電路,並註意傳輸線的影響,端接阻抗和不匹配終端的信號反射。在某些情況下,頻率會很高,以致只能進行輻射測試,因為傳輸線效應和RF校準要求將使進行的測試成為不可能。對於低納米尺寸的集成電路和片上系統設備,分析片上電路模塊之間的交叉耦合將非常重要。

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