今年的夏季很火热。同样地,作为全球 5G 商用的元年,今年也甚是火热。7 月下旬,全球移动通信供应商协会发布的最新统计数据显示,截至 2019 年 7 月份中旬:有 31 个国家的 54 家移动通信运营商已经宣布在其现网中部署了符合 3GPP 标准的 5G 技术;已经有 20 个国家的 35 家移动通信运营商推出了符合 3GPP 标准的商用 5G 服务;除此之外,目前还有 98 个国家的 293 家移动通信运营商正在积极投资 5G 技术,包括演示、测试、试用、现场试验、5G 商用网络部署。

 

这反映出了电信运营商们乃至整个 5G 产业链对于 5G 技术的热情。在这种态势下,知名的信息技术研究和分析的公司 Gartner 对于 5G 商用前景很是看好,其在 7 月下旬发布最新预测:到 2023 年,5G 手机就将占到手机总销量的 51%。

 

 

而在国内,整个产业面向 5G 大规模商用的准备,同样火热。工信部 6 月 6 日向电信运营企业颁发了 5G 商用牌照,推动着我国 5G 网络建设与应用发展进一步加速。工信部副部长陈肇雄在 7 月 17 日的“IMT-2020(5G)峰会”上致辞时强调,加快 5G 商用步伐,支撑“两个强国”建设。可以预见,国内运营商将会紧紧抓住 5G 发展的重要机遇,加快 5G 商用部署,努力建成覆盖全国、技术先进、全球领先的 5G 精品网络。预计 2019 年,我国 5G 将在 50 多个城市商用;2020 年,我国将有数百个城市实现 5G 网络覆盖;2021-2027 年,国内运营商会实现县城及发达乡镇 5G 网络覆盖。

 

国际上一些研究与咨询公司对中国 5G 商用前景很看好。比如,Dell'Oro 预计,在 2019-2023 年期间,中国将有望主导 5G 网络建设的资本支出——预计相关累计投资将超过北美 5G 无线接入网投资规模的两倍。

 

但是,5G 商用形势在目前看来虽然“一片好”,然而并不能就此止步,还需要有更加大的努力,这是由于:

 

5G 将具备低成本、低能耗、安全可靠的特点,同时,峰值速率提升 200 倍(相比 4G)、峰值传输速率达到 20 Gbps、端到端时延达到毫秒级、连接设备密度增加 100 倍、流量密度提升 1000 倍、频谱效率提升 5-10 倍、能够在 500 km/h 的移动速度下保证用户优秀体验。

 

然而,上述这些是 5G 系统的终极发展目标,不可能一蹴而就。所以我们可以看到,目前的 5G 商用还处于很初级的阶段,实测性能尚远远无法达到上述数值。比如以峰值速率为例,在我国部署的 5G 系统中,带宽 100 MHz、5G 终端接收 4 流,再考虑帧结构以及参考信号开销等,下行峰值速率 1.4 Gbps 左右,用户能够体验到的实际 5G 速率与 ITU 所定义的“5G 峰值速率相比 4G 提升 200 倍”相差甚远。

 

 

 

所以,5G 商用,势必将是一场“持久战”。可以预计,未来几年,5G 都将处于技术标准深入和产业化培育的关键时期。

 

而在这场“持久战”之中,5G 产业持续的技术创新、产品创新、产品规模批量生产,都绝对离不开优秀的“测试测量”解决方案。后续 5G 商用的基础是需要底层网络具备足够好的性能,而这些,都必须通过对技术、设备、网络的“测试测量”来体现。此外,后续在对 5G 商用产品的性能优化中,“测试测量”更是必不可少的手段。

 

 

因此,对于设备商、方案商、集成商、电信运营商们而言,需要优秀的 5G 测试测量方案以及优质的 5G 测试测量设备来保证 5G 产品的质量、保证从核心网到终端的 5G 系统端到端的质量,以推进 5G 产业不断走向成熟。

 

 

然而,另一方面,后续 5G 技术的发展,也将给 5G 测试测量带来诸多挑战。

 

作为 5G 无线信号传播的基本技术,射频技术的研发、验证以及最终应用水平,直接制约着 5G 系统的发展。未来的 5G 商用系统将使用大规模天线、超密集组网、新型多址、全频谱接入等多种新技术,形成统一的而且能够按照业务需求进行动态配置的空中接口和网络架构等。其中典型的 5G 射频技术包括毫米波工作频段、数百兆赫兹的信号带宽、多达 128 或 256 个阵子的 Massive MIMO 系统、更高阶调制方式以及高功率 5G 终端的进一步演进等技术。又比如,毫米波的特性对高频段器件的设计、制造、封装、测试和校准等环节提出了新需求——在设计方面,要求带宽超过 800 MHz,工作频率达到 1 GHz 在制造方面,制造工艺将持续升级,将使用 7nm 工艺以满足 5G 高速率和低功耗的需求;在封装方面,将推进集成、系统级封装技术的应用。

 

 

这些将使得 5G 设备日益复杂,为了最大限度缩短 5G 产品上市时间并降低测试成本,必须采用全新的测试测量方法,同时也对测试测量系统提出了更为严格的要求。后续 5G 系统测试测量技术和产品的设计思想、研发方法、测试接口、关键性能指标等都必须跟随甚至要领先于相应的 5G 核心技术发展而不断演进。

 

可以预见,要解决这些问题,需要测试测量企业有着深厚的行业积累。从 2012 年至今,全球测试测量的领军型企业——美国国家仪器有限公司(NI)就与世界各地的领导型研究所、大学、企业、主流移动通信运营商等紧密合作,开发高度模块化、软件定义的测试策略和解决方案,持续助力 5G 技术标准化、原型验证、设备预研与优化、技术试验、商用落地。

 

于此过程中,早在 2015 年,NI 就以“5G 射频领先用户计划”与业界领先的企业、高校、运营商等构建 5G 生态圈,助力 5G 商用加速;尤其是,NI 不断加大投入中国 5G 市场,去年,NI 在上海成立了研发中心及亚太区培训中心,配备了专门的 5G/ 射频研发团队。

 

正是有了如此深厚的积累,笔者观察到,在经过多年 5G 产业合作后,NI 提出,将为全球 5G 商用产品的性能优化提供低成本解决方案,以加快推进 5G 系统研发、推动 5G 产业进步。

 

其中最直接的体现,就是 NI 于近日发布了白皮书《5G 半导体测试工程师指南》。这份白皮书可谓 5G 射频工程师门的手册宝典:全面第总结了 5G 射频工程师在 5G 宽带测试中面临的五大类挑战——包括测试更复杂的宽带波形、配置宽带测试台以覆盖广泛的频率范围、分析和验证 5G 组件(8 个主要挑战)、Massive MIMIO 与波束赋型的 OTA 测试(15 个主要挑战)、过渡至批量 5G 设备生产,而且对于这些每一大类的挑战,NI 都给出了相应的领先型解决方案。