5G商用终端产品毫米波测试难题及方案

笔者了解到的最新消息，Qualcomm 近日和 vivo 合作演示了一次 5G 端到端应用。使用 vivo 的手机，通过 Qualcomm 5G 原型机，在现场测得高达1420Mbps的下行速度，下载一部 1.2GB 的电影只用了 8 秒。4月23日，工信部信息通信发展司司长闻库表示，预计今年元旦前进行第一批5G芯片的流片在春节前后完成，2019年上半年开展商用基站建设，2019年下半年生产出第一批5G手机。

5G对于手机会带来哪些改变？在近期深圳LitePoint无线测试研讨会现场，LitePoint亚太区技术总监谢定龚给我们做了详细分析。他表示：5G先从CPE开始，比如在2017中国移动全球合作伙伴大会期间，华为就发布了全球首款3.5GHz频段的小型化5G预商用CPE样机，同时还联合中国移动研究院演示了基于5G端到端解决方案的16路4K超高清视频实时点播业务。演示取得优异的效果，单用户峰值速率已达1.3Gbps以上。

谢定龚指出，5G手机比较4G手机会有三大变化。第一、中国5G手机会接到sub-6 GHz频段，手机天线可能会变到4*4阵列，中国移动5G手机的入网要求，最少要有4根天线。第二、5G手机采用毫米波模块方案势在必行，两大原因：1、空间尺寸是一个具体要求；2、毫米波损耗很大，如何解决毫米波传输损耗问题。30 GHz波段相比2.6 GHz，传播损耗高37 dB左右，穿透损耗高12 dB左右，这导致毫米波频段最有可能用作热点覆盖而不是广覆盖，这对终端提出了更高的要求，即需要有更高的发射功率或具备更多的天线。

高频传输、射频器件和天线集成在一个晶片里面，这样能达到最好效果，在这么小的晶片空间达到高频和高速传输。第三、5G手机上面至少会用到2个毫米波模组，做信号收发的动作。

2018年，全球移动数据流量复合增长率达40%，对网络容量、室内覆盖以及频谱等都带来了挑战。5G以高效的频谱利用效率著称，全球各国都在布局，美国探讨微波频段，中国主打sub-6 GHz频段。

移动通信和WLAN正向5G和802.11ax/ay演进，以便满足人们日益增长的海量数据传输需求。5G中新增毫米波频段，除了能够提供大带宽增加信道容量外，设备体积也可以做得很小，并且可以使用大规模天线阵列—massive MIMO技术。当下绝大多数5G Massive MIMO都提供了最少64个天线振子，且不再提供测试接口，因此无法采用线连的方法测试，而必须通过空口（OTA）测试。

谢定龚分析说：

1. 提升频谱效益: 在有限频谱资源之下, 利用天线阵列将波束集中发射到个别用户，相较于4G MIMO系统，可以提升十倍以上的频谱使用效率。。

2. 减少能源损耗: 天线阵列可以大幅提高天线增益，用来克服高频辐射损耗号，进而可以降低发射功率并大幅降低能源

3. 波束追踪用户；基站必须知道用户装置的确切位置，得以将天线具焦成高增益窄波束的讯号，并且实时追踪个别用户提供更好的连接品质与可靠度

因此massive MIMO天线的校准与测试将格外重要，3GPP 38.810也提出了毫米波频段OTA暗室测试的建议跟规范。

针对5G商用终端产品毫米波测试难题，无线测试解决方案的领先提供商LitePoint开发了全球第一款全集成式5G毫米波测试解决方案IQgig-5G，可以让5G产品开发人员快速验证其设计并缩短产品上市时间。

IQgig-5G 系统涵盖了通用的 28 GHz 和 39 GHz 5G 毫米波段，提供多个射频端口，可轻松测量水平和垂直极化信号。多个射频口，满足机器一站就可以测试完成。

此测试系统将信号生成和分析功能集成到一个尺寸为 4U 且易于编程的机箱内。出厂时，针对每个射频端口执行了实验室级的射频性能校准。凭借这种集成水平，只需几分钟的设置时间便可实现精确测量，从而节省数小时的工程设计时间。IQgig-5G 目前支持 pre-5G 调制标准，并且可以升级以支持未来正式发布的 3GPP NR 标准。此外，还提供无线毫米波测试箱，可利用电动万向调节系统对天线波束赋形性能实现完整的半球覆盖。

谢定龚介绍说，LitePoint®和5G芯片厂商合作已经密集进行，在产线上使用IQgig-IF 5-19GHz中频测试仪和IQgig-5G 系统毫米波测试仪，搭建毫米波的测试模块，这样的测试方式已经被芯片厂商作为标准配置了。

LitePoint更加专注5G商用产品的测试，从产品研发、设计到量产的测试，而不是5G大型基站测试，早期5G芯片研发测试。谢定龚强调说，OTA测试贯穿产品研发、设计到终端产品量产阶段，IQgig-5G测试方案显著简化了基于传导和无线方式进行精确射频测量的过程，IQgig-5G 能够让工程师更专注于设计，而不是测试系统。