5G通信系統(tǒng)從最開始就提出了更快、更高、更強(qiáng)的口號(hào)(哎，這不正是著名的奧林匹克格言嗎?)，從1G到5G甚至到未來的通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師們正是秉承著這個(gè)理想，來設(shè)計(jì)并升級(jí)一代一代的通信系統(tǒng)。

5G更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信能力以及更豐富的連接場景的設(shè)計(jì)目標(biāo)，如家庭影院、4K甚至8K的高清電影、VR、遠(yuǎn)程醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用被各種腦洞，暢想YY( 給大眾用戶“洗腦”十分必要，畢竟未來的投資要靠這些人收回來)。

要滿足這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，沒點(diǎn)創(chuàng)新怎么能行?于是，Massive MIMO、毫米波等新技術(shù)名詞一度成為熱搜名詞。但也有人說，當(dāng)3GPP決定5G NR繼續(xù)使用OFDM技術(shù)的那一刻，相比4G而言，5G其實(shí)沒有顛覆性的技術(shù)，而毫米波差不多成了5G最大的“新意”。

根據(jù)3GPP 38.101協(xié)議的規(guī)定，5G NR主要使用兩個(gè)頻段:FR1 和FR2：FR1(450MHz-6GHz)，即通常所說的Sub 6GHz;FR2(24.25GHz-52.6GHz)，即通常所說的5G毫米波頻段。FR1上即將發(fā)生的演變被很多人認(rèn)為是對(duì)當(dāng)前4G系統(tǒng)的演進(jìn)，而對(duì)毫米波的拓展才是當(dāng)前5G通信系統(tǒng)最大的新點(diǎn)和難點(diǎn)，因?yàn)榫退闶荕assive MIMO這項(xiàng)技術(shù)，其實(shí)也更多地是為了補(bǔ)充毫米波頻段本身的缺陷。

在美國，當(dāng)前主要的運(yùn)營商還以發(fā)展毫米波5G為主，用于補(bǔ)充偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶接入。在中國，雖然優(yōu)先部署和發(fā)展Sub 6GHz 的5G系統(tǒng)，但到2019年這個(gè)即將商用的時(shí)間點(diǎn)，運(yùn)營商們也開始逐步將眼光投射到毫米波頻段，用以實(shí)現(xiàn)5G通信系統(tǒng)的強(qiáng)大指標(biāo)。

這不，就在不久前，工信部已經(jīng)給中國移動(dòng)香港發(fā)了頻段為26GHz-28GHz之間的毫米波牌照。除此之外，香港電訊和數(shù)碼通也同樣分別獲得了該頻段內(nèi)的400MHz的帶寬。

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什么是毫米波

毫米波(millimeter Wave)：波長在1-10mm的電磁波稱為毫米波，處于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，因而兼具兩種波普的特點(diǎn)。毫米波的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的擴(kuò)展。

02

為什么要擴(kuò)展到毫米波

簡單來說，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)需求。很多年以前，無線通信應(yīng)用不像現(xiàn)在這般擁擠繁榮。30GHz以內(nèi)的頻譜足夠應(yīng)付各種應(yīng)用，而我們所熟悉的移動(dòng)通信系統(tǒng)更是基本集中在6GHz以下的優(yōu)質(zhì)頻譜上。不過經(jīng)過多年的發(fā)展，6GHz以內(nèi)的優(yōu)質(zhì)頻譜資源已經(jīng)基本擠不下任何東西了，無論如何折騰(淘汰過往的應(yīng)用、采用認(rèn)知無線電技術(shù)來復(fù)用頻譜等)，移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜資源短缺和沖突依然是最為嚴(yán)峻的問題?，F(xiàn)在要開發(fā)新的5G系統(tǒng)，僅僅靠部分運(yùn)營商騰出一些2G時(shí)代的少量頻譜資源怎么夠。直到有一天，有人突然發(fā)現(xiàn)，那不是還有一大片毫米波頻段么!毫米波頻段就像一塊未開發(fā)的處女地，一片新大陸，為移動(dòng)用戶和運(yùn)營商提供了大量的可用頻譜資源。

03

毫米波的優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)1

極大的帶寬。通常認(rèn)為毫米波頻率范圍是26.5GHz-300GHz，帶寬高達(dá)273.5GHz，超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收因素，毫米波段有很大一部分帶寬并不適合“居住”，使得毫米波段只有四個(gè)主要的可用窗口，但這四個(gè)窗口的總帶寬也可達(dá)135GHz。

優(yōu)點(diǎn)2

波束窄。在相同天線尺寸下，毫米波的波束要比微波的波束窄的多。例如一個(gè)12cm的天線，在9.4GHz時(shí)波束寬度為18度，而在94GHz波束寬度僅為1.8度，因此毫米波往往被用于分辨更近的小目標(biāo)或者更為清晰的觀察目標(biāo)的細(xì)節(jié)。

優(yōu)點(diǎn)3

與激光相比，傳播受氣候影響小很多，因此可以認(rèn)為具有全天候特性。

優(yōu)點(diǎn)4

與微波相比，毫米波元器件的尺寸要小很多。因此更容易小型號(hào)。

04

這么一大片新大陸，怎么現(xiàn)在才想起來搬過去

雖說毫米波頻段有以上的各種優(yōu)點(diǎn)，但要將其應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，也有諸多難點(diǎn)：

難點(diǎn)1

毫米波的傳輸距離實(shí)在有限，要用在大規(guī)模覆蓋上難度不小，高密度部署的話成本也頗高，這也是目前很多運(yùn)營商比較頭疼的問題。老師教導(dǎo)我們，無線電波的頻率越高，傳播距離越短。在理想的自由空間傳播條件下，一個(gè)70GHz的毫米波傳播10米之后損耗高達(dá)89dB;而在非理想的傳播條件下，傳播損耗更是大的多。因此，毫米波系統(tǒng)必須通過提高發(fā)射功率、提高天線增益、提高接受靈敏度等各種方法來補(bǔ)償這么大的傳播損耗?，F(xiàn)在5G通信系統(tǒng)里引入了Massive MIMO大規(guī)模天線陣列技術(shù)等，也是為向毫米波頻段搬家修好道路。

難點(diǎn)2

成本高。過去毫米波器件/芯片一直用于軍事領(lǐng)域而無法大規(guī)模商用。但最近幾年，通過使用SiGe、GaAs、GaN、InP等材料并結(jié)合新的生產(chǎn)工藝，工作于毫米波段的芯片上已經(jīng)集成了小至幾十甚至幾納米的晶體管，大大降低了成本。為毫米波的商業(yè)化應(yīng)用提供了可能。

05

開發(fā)新大陸，你的器件/芯片都準(zhǔn)備好了么

雖然從技術(shù)理論層面上看，Massive MIMO的引入、大功率器件的規(guī)模生產(chǎn)能在一定程度上解決毫米波傳播距離受限的約束，不過要想達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)，整個(gè)毫米波鏈路上的所有器件和芯片都必須完美配合。每個(gè)器件/芯片各司其職，才能使整個(gè)系統(tǒng)最終達(dá)到預(yù)定指標(biāo)。

此外，在成本指標(biāo)越來越嚴(yán)的要求下，您設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的毫米波器件和芯片的性能還有多少裕量也是一個(gè)值得考量的問題。今天小編就專門就針對(duì)5G毫米波頻段的器件/芯片測試，再為您梳理一遍~

5G通信鏈路上典型的毫米波芯片/器件等如下：放大器，濾波器，混頻器，傳輸線，天線等。針對(duì)這一系列毫米波器件/組件，我們可以總結(jié)出一系列通用的測試需求，如下：

針對(duì)以上測試需求，Keysight 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)分析儀單機(jī)頻率覆蓋到67GHz，提供諸如S參數(shù)、增益壓縮、交調(diào)測試、脈沖激勵(lì)測試等一系列測試能力毫無壓力，是一臺(tái)真正意義上的毫米波器件/組件綜合測試系統(tǒng)。結(jié)合外部擴(kuò)頻頭，還可提供1100GHz頻段的測試擴(kuò)展能力。

通用指標(biāo)測試

5G毫米波組件/器件的On Wafer測試+全參數(shù)測試

DUT尺寸小，需配合探針臺(tái)與儀表儀器進(jìn)行DUT測量

DUT測試端口連接次數(shù)有限，最好能進(jìn)行一次連接多參數(shù)測試

校準(zhǔn)較為困難，耗時(shí)影響效率，儀表的穩(wěn)定度一定要好，且能多通道同時(shí)校準(zhǔn)!

DUT沒有封裝，要考慮散熱和屏蔽的問題，因此要使用脈沖式的測試方法

以上所有On Wafer測試需求，Keysight的PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀，一臺(tái)儀表，全部滿足!而針對(duì)非wafer級(jí)的全參數(shù)測試，我們的PNA更是妥妥滿足您的測試需求~下圖是我們?cè)贠n Wafer測試中進(jìn)行噪聲系數(shù)校準(zhǔn)的連接圖和校準(zhǔn)步驟~

如下是我們PNA-X N5290/91A的典型配置

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想了解On Wafer測試及全參數(shù)測試的更多內(nèi)容?

(噪聲系數(shù)校準(zhǔn)、功率校準(zhǔn)、多通道校準(zhǔn)、

IDM測試、增益壓縮測試、脈沖測量等)

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當(dāng)然，對(duì)于放大器等芯片/器件，除了通用測試指標(biāo)之外，往往需要測試系統(tǒng)級(jí)的放大性能。因此，下面我們還會(huì)介紹如毫米波放大器芯片的系統(tǒng)級(jí)測試方案。

系統(tǒng)指標(biāo)測試

如之前所提，由于5G毫米波和超寬帶放大器依然處于起步階段，為了驗(yàn)證和確保新型的功率放大器能夠滿足5G無線傳輸?shù)囊?，無論是器件廠商還是基站系統(tǒng)廠商都需要再調(diào)試和最終系統(tǒng)測試階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大量的射頻測試，這一方面包括了去增益、噪聲系統(tǒng)等上述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的指標(biāo)測試，第二類就是根據(jù)無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5G寬帶調(diào)制信號(hào)所要求的的矢量EVM和ACLR鄰道泄漏比等進(jìn)行測試。

通過大量的實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，針對(duì)5G毫米波和超寬帶PA的EVM測試與傳統(tǒng)的3G、4G有很大的不同，主要原因是毫米波和超寬帶條件對(duì)儀表和附件所構(gòu)成的測試平臺(tái)的要求大大提高，由測試平臺(tái)所引入的失真和誤差會(huì)嚴(yán)重影響最終的測試結(jié)果。

未經(jīng)校準(zhǔn)的超寬帶調(diào)制信號(hào)示例

上圖是采用Keysight M8190A+E8267D矢量信號(hào)源(最早于2015年創(chuàng)建的5G毫米波和超寬帶原型平臺(tái))輸出的5G調(diào)制信號(hào)示例，帶寬為4GHz，其物理層調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了10-20Gbps，是當(dāng)時(shí)業(yè)界通過儀表產(chǎn)生的最高帶寬的調(diào)制信號(hào)。但從圖1中你可以看出，整個(gè)4GHz范圍不同頻率成分的幅度有很大波動(dòng)，遠(yuǎn)離中心頻率的頻率分量衰減很大，呈現(xiàn)明顯的幅度不平坦。這些幅度衰減的頻率成分將使得其所在的子載波信噪比降低，EVM下降。如果這種信號(hào)用于PA或者基站的射頻測試，那將嚴(yán)重影響EVM測試的準(zhǔn)確度。

所以針對(duì)5G毫米波和超寬帶PA射頻測試中非常關(guān)鍵的一點(diǎn)就是測試平臺(tái)本身必須具備寬帶校準(zhǔn)能力以確保在測試PA之前所有的儀表和附件所引入的失真和誤差達(dá)到最小。

經(jīng)過Keysight系統(tǒng)校準(zhǔn)軟件校準(zhǔn)的寬帶信號(hào)

上圖是經(jīng)過Keysight系統(tǒng)校準(zhǔn)軟件校準(zhǔn)的寬帶信號(hào)的示例。校準(zhǔn)時(shí)將信號(hào)源以及驅(qū)動(dòng)放大器的整體EVM控制在1%以內(nèi)，這樣再連接被測PA芯片進(jìn)行EVM測試時(shí)，就能獲得比較理想的下過。