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撰写者:Sarah Yost, Senior Product Marketing Manager
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STS软件2019提供了一些增强功能,有助于提高半导体生产测试的效率并降低测试成本。

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作者:James Kimery,NI射频通信部市场总监

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5G刚起步时,诺基亚贝尔实验室与纽约大学坦登工程学院携手合作,召集了一大批行业领导者对5G先进无线研究及5G愿景展开讨论,这就是布鲁克林5G峰会的起源。此后,该活动固定成为年度论坛,旨在汇集全球行业专家共同探讨无线通信领域的发展趋势,至今已举办了六届,是我个人最喜欢的年度活动。

 

没有其他活动的影响力可与之媲美。与其他类似主题的活动不同,布鲁克林5G峰会对无线通信趋势提出了独特的见解。与会者将探讨这些趋势相关的技术挑战,而演讲者则以商业的视角来阐述这些趋势。

 

5G演变和6G展望

 

今年5G峰会的研讨会和论坛主要关注两个方面:(1)可归类为6G的技术及(2) 5G的推出和演变。诺基亚特意在2019年提出了6G概念,将2019年定义为“6G元年”,并预测到2030年6G将会开始商用。关于5G的普遍结论是,尽管5G标准已经推出,但仍有很多工作要做。

 

为了不负众望,5G必须能够解决行业的深层问题。这需要在5G基础之上开发各种新应用,从而引发了大量关于利用云计算和使用边缘云来减少延迟的讨论。在考虑这些问题和延迟时,研究人员应该知道哪些应用需要设立哪些重要的参数指标。

 

比如一些应用需要低延迟,而另一些应用则更需要可靠性。如何同时满足不同应用的需求?这个问题的答案在去年就非常清楚—— 网络切片技术。然而,随着研究的深入以及各种方案的提出,网络切片可能不再是预想的解决方案。

 

私有网络也可以解决许多挑战,并使用户能够更好地控制整个端到端网络。但这一方案最大的问题是拥有成本非常高。对于更看重隐私保护的用户而言,私有网络成为他们的首要选择,这一主题在本次峰会的多场研讨会中也多有提及。

 

当然,网络切片也提供了诸多好处,但目前还无法以完全自主的方式对其进行部署。人们仍然需要在部署新切片之前手动查看详细的网络配置。要实现该技术更广泛的应用,还需要添加机器学习来创建配置。机器学习和人工智能可以添加到5G网络中来帮助优化性能,但它们并无法解决所有问题。今年峰会上有关机器学习和人工智能的多次对话中出现了一些共同的主题。机器学习和人工智能显然是非常重要且强大的工具,但需要经过谨慎的部署才能解决具体问题,而且也需要掌握通信知识才能正确使用这些工具。

 

6G研究

 

峰会上有三个研究课题虽说可以添加到5G的后期标准中,但它们其实更偏向于6G技术的范畴:(1)太赫兹(terahertz,THz)频率的使用,即高于100 GHz的频率,具体名称和频率因不同研究人员而异, (2)机器学习和人工智能,以及(3)非地面网络。

 

机器学习似乎最有可能被添加到5G技术中,但研究仍在进行中。研究人员可以利用太赫兹技术发送通信数据,但也可以实现感知网络(目前太赫兹技术已经用于机场人体扫描)。非地面网络为救灾工作和偏远地区的无线服务提供了一个有效解决方案。

 

随着技术的快速发展,非地面网络的更大障碍在于监管方面。例如,在欧洲,要获得在多个不同国家的空域放飞气球的许可可能需要数月(假设申请全部可以批准)。

 

考虑到5G需要解决各式各样的应用需求,那么基站和用户设备端的5G硬件也需要多样化。这就推动了一个需求,主要是来自运营商的需求——将网络设备的不同硬件黑盒化,比如基带处理器和远程射频设备。

 

这样做的目的在于实现一个类似于即插即用的生态系统,不同供应商提供不同部件可以相互连接,以便构成符合5G标准的gNB。Open RAN希望在不同硬件之间定义一个行业标准协议,以便来自多个供应商的设备可以协同工作。展会现场的几个演示均展示了ORAN的理念。

 

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NI很荣幸今年能与CommScope和Radisys联合演示一款28 GHz新空口(NR)无线测试产品——28 GHz Test UE。其中gNB由Intel FlexRAN基带处理器、Radisys协议栈和CommScope远程射频设备组成。该gNB符合5G NR标准,将三家供应商的产品优势相结合,很好地例证了ORAN系统是如何构建和运行的。

 

NI的28 GHz Test UE包含了NI毫米波收发仪系统、毫米波软件无线电,以及在FPGA和x86处理器上运行的符合NR标准的堆栈。 主要用于验证当系统中的不同组件进行互换后,ORAN系统是否仍符合5G NR标准。NI 28 GHz Test UE可以提供网络性能信息,以便帮助工程师调试和优化通信链路。随着5G的不断演变和深层行业需求的确定,拥有符合标准的5G NR UE对于5G NR测试至关重要。

 

峰会在访问位于Murray Hill的诺基亚Future X Lab之后落下帷幕。峰会上的演示结合了本周讨论的所有不同技术,展示了一个令人振奋的5G未来以及万物互联的美好愿景。

 

2019可能是6G的元年,但绝不会是5G的终结年。

 

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我们知道国防、航空航天和政府团队需要采用最新的技术和创新成果才能满足最复杂的工程要求。NI全球研发团队也在不断努力开发出能够满足您需求的解决方案,同时帮助您确保重要资产设备的质量和可靠性。

 

 

 

 

以下是我们的一些最新发布

 

 

 

更多的PXI和软件选项,以满足测试和安全性需求

 

 

h11111.PNGPXI是业界领先的模块化ATE仪器平台。由于安全性以及与现有测试系统的集成对于国防和航空航天业至关重要,为此,我们推出了以下产品:

 

  • 基于可信平台模块2.0 (TPM 2.0)安全芯片的全新PXI控制器,提供可移动硬盘驱动选项
  • 适用于大多数NI PXI仪器的Linux桌面硬件驱动程序

 

 

模块化软件架构和可复用的软件库

 

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NI软件产品系列包含了开发环境和应用软件、大量的I/O接口驱动以及专用平台部署附加工具。无论是研究和验证,还是生产测试和维护,我们的工具均可助您开发定制应用来满足您的特殊要求。最新发布的软件包括新版SystemLinkLabWindows™/CVITestStandLabVIEW

 

 

 

 

 

h11.png灵活且精准的组件测试方法

 

系统测试台架不仅必须足够可靠,还应具有灵活性,才能满足各种测试需
求。我们设计了多款工具来帮助您延长产品的生命周期以及应
对日益复杂的系统需求,其中包括FlexLogger这款基于配置的软件,该软件提供了快速传感器配置,以及VeriStand这款强大的现成即用实时测试软件。

 

 

查看PXI平台的新功能,了解最新软件版本以及最新产品的更多信息。

 


LabWindows标志经Microsoft公司授权使用。Windows是Microsoft公司在美国和其他国家的注册商标。

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随着分布式系统的不断增加以及数据量呈指数级增加,测试和测量系统的管理变得日益重要。

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新的LabVIEW 2019和LabVIEW NXG特性和功能提供了简化的安装程序和更高的互操作性,可帮助工程师进一步提高工作效率。

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毫米波频率的5G宽带技术实现了许多需要海量数据的新应用,提供了远超过有线连接的高数据速率来服务更多的用户。对于终端用户来说,这无疑是一个利好的消息。5G与当前的无线网络就如同新款跑车与旧式家庭轿车的区别,而蜂窝通信技术的突破也使得只有在科幻电影中才能出现的场景成为了现实。

但是在享受这些技术红利之前,还有些关键性工作需要完成。5G技术给致力于设计、测试和制造5G毫米波设备的工程师带来一系列严峻的测试挑战。

 

迫在眉睫的5G毫米波测试需求

 

测试5G毫米波半导体设备存在着几项独特的挑战。首先,用于测试4G LTE设备的仪器并不适用于测试5G设备。测试台需要配备更多的测试仪器,具备更多的功能,才能处理24 GHz至44 GHz的5G波形,分析和测试新型芯片的性能,包括多通道前端模块、混合波束成形器和配有8个、16个或更多天线元件的封装天线(AiP)设备。此外,由于大多数新型芯片采用高度集成的设计,无法使用RF连接器,因此需要采用空口(OTA)测试解决方案。

 

如果企业不能快速采取措施,改进5G测试台, 就只能使用为毫米波雷达、航空和军事系统等其他完全不相干的行业和应用而开发的测试技术,来分析、验证和测试毫米波5G芯片的性能,这样不仅低效,而且成本非常高。理想的测试解决方案应该专为商用半导体应用而设计,并且具有灵活性,能够适应不断发展的5G技术。随着消费者手中拥有的小型设备和手机数量日益增加,这些解决方案不仅需要能够在实验室测试新型5G半导体设备,也需要能够适用于生产车间的批量测试,而且吞吐量必须远大于4G测试解决方案。

 

全新的测试技术

 

随着无线技术不断演变,NI一直致力于优化测试技术,开发以DUT为中心的解决方案,来帮助您应对5G测试的新挑战。NI全新的毫米波矢量信号收发仪(mmWave VST) 可让工程师以实验室级别的精度快速生成和分析高带宽信号,以满足新型5G半导体设备信号链不同测试点的需求。

 

在设计mmWave VST时,我们经过了一系列深思熟虑,最终决定采用模块化架构。我们开发了能直接插入PXI背板的中频(IF) VST。其IF输入/输出端口经过校准,可生成和采集5 GHz至21 GHz的宽带信号,并连接至PXI机箱之外的一个独立毫米波前端。毫米波前端可以将IF信号转换为毫米波信号,也可以将毫米波信号转换为IF信号。

 

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基于以DUT为中心的理念,我们希望为测试最新5G设备的工程师提供更高的灵活性,因此开发了以下三款紧凑型毫米波射频前端配置:

 

  • 2个双向端口
  • 8+8个交换端口
  • 1个直接端口和8个(固态)交换端口

 

图1 . 毫米波射频前端配置图1 . 毫米波射频前端配置

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

这种方法的优势是:

 

  • 实现了灵活的系统,可适应不断变化的5G标准,满足更高频率测试需求,而且无需改变测试解决方案的其他部分
  • 使毫米波测量端口最大限度靠近被测设备,从而尽可能减少频率信号丢失
  • 提供了IF和毫米波信号生成和分析功能
  • 提供了一个可利用最新多核处理器的信号处理速度的完整高数据速率测试解决方案
  •  

图2显示了mmWave VST如何完善NI的RF测试硬件系列,通过单个系统满足信号链上每个测试点的需求。

 

 

图2.可满足5G设备各个信号测试点的需求图2.可满足5G设备各个信号测试点的需求使用已有的基带VST,直接探测5G IQ信号。然后使用IF VST测试在中频下运行的设备,比如IF收发仪和IF-RF波束成形器。连接到毫米波射频前端就意味着将前端模块(FEM)和波束成形器的RF端口连接起来。最终,如果是OTA测试,您可在毫米波测试前端和RF舱内的测量天线之间路由信号。

 

我们举个例子来说明如何利用毫米波VST的模块化特性,将多个信号分支连接到两个不同类型的波束成形器(IF-RF和RF-RF):

 

 

 

 

 

图3.通过毫米波VST连接到IF-RF波束成形器图3.通过毫米波VST连接到IF-RF波束成形器

 

图4.通过毫米波VST连接到RF-RF波束成形器图4.通过毫米波VST连接到RF-RF波束成形器

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

弥合与生产测试的差距

 

 

无线行业正在努力打造一个基于5G的互联世界,而NI的使命就是帮助客户大规模测试其5G半导体设备。但我们意识到一个问题,相较于4G设备,处理高带宽信号,覆盖更多频段,并在无法连接RF连接器的情况下测试波束形成器要困难得多

 

 

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为了便于测试工程师能够经济、高效、可靠且快速地进行5G设备生产测试,我们开发了一款可本地集成到NI半导体测试系统(STS)的毫米波VST。在验证实验室中使用的宽带5G测量功能也同样可以快速部署于测试车间的STS,从而大幅降低5G测试的成本和风险。而且由于我们的解决方案均采用相同的仪器,数据关联工作也大幅减少了。

 

 

5G正发展得如火如荼,NI也在持续与一些领先的设计工程师和制造商合作,来为新型5G半导体设备提供以DUT为中心的测试解决方案,因此,在您致力于将5G互联世界变成现实的征途中,NI将伴您左右,随时为您提供所需的工具和支持。

 

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标准化可通过项目和测试复用来最大化投资收益。

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無論是現代商業航空技術、國防和政府艦隊,測試系統已越來越依賴軟體。國防科學委員會表示,「我們武器系統所提供的許多功能都來自系統的軟體,而非硬體。從硬體驅動功能轉為採用軟體驅動功能的變化正迅速增加。」

 

軟體智慧財產權是測試工程團隊最具戰略性的資產。

 

它是重要作業系統中非常關鍵的一環,不僅需為高度可控並經嚴格測試。但測試軟體維護可能費力且昂貴 - 尤其當它是內建於一個大型的整體結構之時。

 

提高可重用性、縮短修改或重新認證測試程式碼時間的最佳方法是,在小型專用層中建置測試軟體架構。如此一來,您的測試團隊可單獨修復、升級階層或模組,同時隔離其他階層並保持相同的輸入和輸出。

 

 

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抽象層是關鍵的分層軟體架構元件,可轉換每個測試軟體連鎖與 NI 軟體平台,尤其適用於程式設計環境與應用軟體。

 

為了幫助您了解抽象層如何提升程式碼重用性、降低認證成本,請查看以下資源:

 

http://www.ni.com/webcast/4551/en

硬件和测量抽象层

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2019年将迎来5G时代。随着全球服务运营商已经开始部署5G服务,5G网络即将在2019年变为现实。  到目前为止,毫米波的部署主要是为了实现固定无线接入,用作为光纤到户(FTTP)的替代解决方案。  早期的sub 6 GHz方案是通往5G之路的一个里程碑,但是毫米波无疑是5G生态系统实现转型的必经之路。  

 

毫米波频谱可为授权频谱和非授权频谱中的移动接入提供丰富的频谱资源,因此始终是无线研究人员和5G生态系统运营商的关注焦点。  事实上,上一代蜂窝、WiFI和蓝牙所能提供的频谱资源全部加起来都远不如5G毫米波。   在频谱效率相近的情况下,频谱资源越丰富,意味着数据速率越高,可容纳的用户数量也就越多。  

 

现如今,绝大多数的5G部署使用的是低于6GHz的频谱资源以及非独立组网(NSA)架构。  NSA使用LTE作为控制面的锚点,用户面可直接连接EPC (4G)或NGC (5G) ,具体取决于NSA架构。  5G毫米波可能紧随其后,成为主战场,但该项技术尚处于起步阶段。  Sub 6GHz 5G方案确实能够提高带宽,但所能提高的程度非常有限,远远比不上5G毫米波。  5G毫米波部署将依赖于NSA架构,而一提到这点,很多人会问:"那5G独立组网(SA)架构还有意义吗?”  

 

虽然毫米波频段的5G移动接入提供了相当丰富的专用频谱资源,但相比sub 6 GHz方案,毫米波频率下的波形传播距离要短得多。  此外,毫米波波形具有较强的方向性,很容易被阻断,造成链路中断。  3GPP在规范中有相当一部分介绍了波束管理和波束恢复的概念,以应对理论上有可能出现的各种应用场景,但问题是这些场景是否会出现在真实生活中,效率又当如何?

 

现在我们来思考一下5G毫米波是采用NSA还是SA架构的问题。  5G采用SA组网的优势包括部署成本低,业务时延小,控制信令完全无需依赖4G/LTE。  但是,由于目前的主流仍是LTE部署,因此NSA对于5G毫米波仍具有意义。  在SA 5G毫米波应用场景中,控制信道可利用与数据相同的5G毫米波频谱。  而NSA 5G毫米波则通过LTE提供锚点,控制信令通过链路进行传输。  

 

例如, 如果5G毫米波UE直接连接至gNodeB,控制面和用户面使用的均是毫米波频段,这时控制信令碰到的干扰和阻断问题与数据面相同,因此需要通过波束管理和恢复来维持链路,但完成这些步骤需要花点时间,因此链路被中断的可能性非常大。  NSA可为控制面提供更稳定的链路,而且就移动设备来说,NSA对于gNodeB切换和小区选择至关重要。  由于在毫米波网络中,基站部署非常密集,切换速率非常高,因此切换性能至关重要。

 

随着通信行业朝着5G技术不断努力,毫米波仍将作为实现5G移动接入的重要技术。NSA和SA这两种架构之间的选择和权衡变得更加尖锐突出,甚至难以抉择。  服务运营商是否会部署5G SA技术,我们将拭目以待,但是我认为短期内毫米波部署将以NSA架构为主。 

 

5G新空口(NR)无线通信技术采用了新的频段、更宽的带宽和新波束成形技术,给设计和测试工程师带来了严峻挑战,因此需要借助强大的工具来加速创新。​ 有关更多信息,请访问 ni.com/5g