用户
搜索

[思路/技术] 5G网络时代即将扩展

  • TA的每日心情
    无聊
    2019-6-14 09:46
  • 签到天数: 16 天

    连续签到: 1 天

    [LV.4]经常看看II

    i春秋-核心白帽

    Rank: 4

    146

    主题

    202

    帖子

    1489

    魔法币
    收听
    0
    粉丝
    2
    注册时间
    2018-4-25
    发表于 2019-8-13 23:20:46 0385
    本帖最后由 Skey11 于 2019-8-13 15:22 编辑

    5G驱动新的测试方法
    2019年7月30日
    测试/验证供应商声称,在提供支持毫米波和低频网络的5G网络组件的竞争中,取得了稳步进展。从目前没有现成的测试设备适合5G单机新无线电(NR)的状态,测试公司正在引进能够在有限规模上处理mmWave组件测试的设备。

    5G是下一代无线通信协议,被誉为革命性的协议,承诺以10倍的低延迟、10倍的高吞吐量和3倍的频谱效率提高移动网络速度。高通公司(Qualcomm)工程副总裁约翰·斯密(John Smee)最近在波士顿举行的IEEE国际微波研讨会上的5G峰会上发表演讲时表示,它的流量和网络容量以及效率也将提高100倍,可以支持10倍的设备。

    这些能力在很大程度上依赖于先进网络能力的使用——包括波束形成、相控阵和大规模多输入/多输出(mMIMO)——但它们更依赖于扩大移动网络链接可用频率的范围。

    移动网络目前的工作频率从400MHz到6GHz,主要集中在2.5GHz到3.5GHz范围。

    几乎所有现有的测试和商业5 g网络中存在sub-6GHz范围,它确实需要一些调整软件、网络、天线配置和其他功能,但只有尽可能多的改变需要从3 g, 4 g,例如,根据迈克尔•Foegelle ETS-Lindgren技术开发主管。“我们以前也这么做过,”他说。“这需要一些努力,但我们知道如何应对。”

    最大的好处和变化来自于移到24GHz以上的毫米波(mmWave)频率。这些频率提供的带宽比所有其他可用于移动通信的频率加起来还要多,但它们也代表着半导体制造商尚未开发的领域。


    图1:多点天线测试。资料来源:国家仪器

    “在前几代无线技术中,天线是全向或宽波束的,”Jabil无线技术副总裁兼首席技术官凯文·拉夫兰(Kevin Loughran)在最近的NIWeek上表示。

    为5G mmWave连接而设计的设备需要相控阵天线设计,这就产生了一个问题。这些天线太小也太复杂,无法满足4G天线所需的功率探头。相控阵天线必须能够发送和接收在实际条件下测试的波形。

    Loughran说:“像波束形成和大规模MIMO这样的5G技术使用64个或多达128个天线单元组成的阵列。”“通过向多个天线单元发送信号,并独立调整相位和增益,我们可以将能量定向到特定的点。”

    其他人也看到了类似的问题。Advantest美国应用研究和技术副总裁Keith Schaub说:“关键的挑战在于封装和天线可能是实际的连接器这一事实。”“对于毫米波,包就是天线。在过去的几年里,Xcerra一直在谈论空中屏蔽插座。我们正在做一些事情,有些相似,有些不同。理想的情况是能够将它放入一个包中,而不需要触摸或测试它,因为它已经完成了。这些解决方案已经存在于汽车雷达中,但体积没有那么大。我们认为我们有了新的想法,我们将在未来几个月展示它们。其中一个涉及如何处理嵌入式包。”

    这不会发生得太快。就在今年3月,细胞网络测试和验证方面的专家还表示,他们缺乏经过验证的工具和技术来测试或验证新的mmWave 5G设备中的组件。事实上,2018年6月发表在IEEE Access上的一项研究表明,找到一种测试mmWave天线/RF IC组件的方法被证明与前几代产品非常不同,因此没有现成的测试设备能够应对这一挑战。

    Foegelle说,5G天线并不是第一个必须在消声室中测试的天线,但是不熟悉的天线设计、容易被屏蔽的频率、不完整的标准和仍在开发的软件的结合,使得设置非常困难,误差范围很大。

    的一个主要缺点为公司努力开发自己的5 g芯片,组件或系统是自动化测试设备的缺乏(吃)——压力得到5 g产品出门一样快possible-prompted许多修补自己的解决方案使用网络分析仪或高频射频分析仪,大卫·霍尔说国家首席营销工具。

    5月21日,国家仪器公司宣布了其PXI矢量信号收发器的5G mmwave支持版本,这是一个软件无线电架构的测试系统,结合了矢量信号发生器、信号分析仪和基于fpga的实时信号处理器。

    该单元是一个基于pxi的模块,能够在频率为55GHz的情况下切换1GHz的带宽。它可以在一个测试器配置中支持多达72个mmWave端口,允许多达32个通道的集成切换来测试波束形成和相控阵功能。它还允许同时在5Ghz到21GHz和23GHz到44ghz进行测试。

    业务端是一个消声室,它将被测设备(DUT)悬挂在rf不透明的室中,使信号源可以移动,以便从任何角度对其进行测试,从而隔离被测设备。NI首席软件工程师Gerardo Orozco表示,移动信号源而不是DUT有助于减少从各个角度测试DUT所需的移动次数,并有助于减少总体测试时间。他说,测量时间从6分钟减少到大约23秒。

    Rohde & Schwarz也开发了一个基于消声室的集成测试系统,但它将自己的单元和NI的单元描述为研发支持单元——在这个角色中,快速周转的优先级远远低于生产。

    Rohde & Schwartz部门既可以独立测试5G组件,也可以集成3G或4G测试的5G。该公司此前还宣布了其他5G相关测试设备,包括专为高通Snapdragon X50 5G调制解调器的全新无线电规格测试设计的3GPP 5G新版本。

    从长远来看,5G测试在过去一年里稳步增长。Cadence公司负责产品管理和营销的高级主管弗兰克•席尔迈斯特(Frank Schirrmeister)表示,mmWave测试也在不断扩大。

    Schirrmeister说:“我们看到,去年与国家乐器协会以及罗德施瓦茨基金会的合作有所增加。“我们有客户将这些系统与仿真连接起来进行数字测试,但这不是针对天线,而是针对他们的芯片,后者成为5G系统的应用处理器和调制解调器。如今,大多数人都在使用标准的FPGA接口,这在一个更传统的层面上是可行的。但是这里还有另外一个层次的测试。如果你突然有一千个非常小的设备进入你的环境,你如何测试一群移动的物体?它必须在模拟级别上做得更多,或者使用多实例模拟,以确保这些东西可以彼此通信。但如果您更多地关注调制解调器和应用程序处理器,那么它就不是通常的测试类型。令我们感兴趣的是,我们对仿真能力和处理十亿门设计的能力的押注似乎真的得到了回报,原因很简单,因为复杂性要求这么做。”


    图3:测试中的挑战。来源:NI / IC的见解

    随着企业争相赶上5G浪潮,测试和开发肯定会有更多的工作在进行,但测试和设计帮助的需求也来自技术本身的复杂性。

    Synopsys物联网战略营销经理罗恩•洛曼(Ron Lowman)表示:“如果你看看大规模的MIMO,复杂性正在彻底改变基带处理器。”“你可以看到ASIC的设计者利用这一点来构建他们自己的基带处理器,甚至像机器学习这样的其他技术也被添加到基础设施中。高速serde需要处理不断增加的带宽。涉及多个无线电的事实可能意味着我们有更多的业务,但在设计基带时也有更多的复杂性,比如载波聚合和大规模MIMO,这意味着更多的迭代,更复杂。它有很多方面,很难只专注于一件特定的事情。”

    随着复杂性的增加,测试设备的角色也发生了变化,包括更多的设计支持,这可能鼓励更多的迭代和矿石测试,Lowman指出。

    ANSYS负责全球营销、合作伙伴关系和CXO通信的拉吉夫•拉詹(Rajeev Rajan)表示,极高的竞争水平还可能诱使人们基于对5G市场mmWave或低于6ghz部分可能发生的情况的不成熟假设做出决定。“我们似乎正在把事情推向5G的竞争,而我们还没有网络。我们必须关注它应该做什么——带宽、低延迟、高容量。仅仅创造一些东西是不够的。我在高通的时候,他们推出了4G,然后进行了优化,很漂亮,但不是马上。例如,某些地方的环境密度存在问题。最终,我们将到达这样一个地方,在那里,我们的设备、人员和网络都在一起移动,就像一首交响乐。”

    不过,这将以多快的速度发生还不清楚。第一步是能够快速、充分地测试这些设备,因为它们正在生产过程中,而现在仍然有很长的路要走。


    5G系统的PCB材料和设计要求
    2019年5月24日CADENCE PCB解决方案
    未来的5G系统将在高速和高频pcb板上运行
    虽然这可能会让一些人感到惊讶,但我必须承认:我仍然有一部翻盖手机。我知道你在想什么:为什么PCB设计工程师还会有翻盖手机?对我来说,这是脱离现代生活的喧嚣最简单的方法。当我和家人外出时,看到3G出现在我手机屏幕的顶部角落是一种安慰。这意味着我可以专注于重要的事情,同时屏蔽工作和社交媒体的干扰。
    我也有一部运行4G网络的智能手机,这是我工作时使用的(我并不完全是个老古董)。与4G相比,即将推出的5G迫使设计师重新考虑移动和物联网设备的PCB设计。这些5G系统将大多数消费者可用的速度限制推向了新的高度。当你在这些板块中引入沟通需求时,你需要考虑很多实质性的因素。
    5 g系统需求
    如果您开始搜索3G、4G和5G网络需求之间的比较,您会发现信息分散在许多位置,其中一些位置似乎相互冲突。到2021年,预计将有30亿部移动和物联网设备上线,5G系统的目标是提供10-20倍的更快数据速率(最高为1 Gbps),约1000倍的流量,每平方公里的连接数是4G的10倍。5G的目标是提供低至1ms的延迟,比4G网络的延迟快10倍。
    5G无线网络的运行频率也将高于4G和3G。移动设备和网络设备的pcb需要同时适应更高的数字数据速率和更高的频率,将混合信号设计推向极限。4G网络的运行频率从600mhz到5.925 GHz不等,而5G网络则将频率上限牢牢地推入毫米波频率。
    在为5G系统设计PCBs中的无线通信功能时,每个通道的带宽也很重要。4G信道带宽设置为20mhz(物联网设备为200khz), 5G信道带宽设置为6ghz以下100mhz, 6ghz以上400mhz。这些器件的高速度和高频率可以通过现有的集成电路来实现,而PCB材料将在保证5G系统性能方面发挥重要作用。
    带有5G系统天线的发射塔
    这个发射塔在5G网络上可能看起来很不一样
    5G系统的材料选择
    5G系统的设计就是高速/高频混合信号设计。除了标准的高速设计规则和高频布局规则外,材料选择是防止信号丢失和确保信号完整性的重要组成部分。由于这些系统本质上是混合信号,设计人员必须防止模拟和数字板之间的电磁干扰,以及设计他们的板,以满足FCC EMC的要求。
    为了迎接即将到来的5G革命,PCB材料公司已经在开发比标准FR4介电常数(约3)更低的基板材料。尽管频率更高,与聚四氟乙烯层压材料相比,这些新材料在5G无线频率下的损耗更小。
    5G系统的多氯联苯将需要处理器和功率放大器在高速和高频下工作,通过有效的热管理,这些组件的输出变化可以最小化。5G系统中值得关注的两个材料特性是导热系数和热系数,它测量衬底介电常数随温度的变化。电路运行或集成电路产生的热量会导致温度升高,从而逐渐导致介电性能的损失。
    第一个参数的重要性应该是显而易见的:导热系数高的衬底容易从有源器件中散热,而导热系数高的衬底在较高的速度和频率下工作时是更好的选择。第二个参数的重要性可能不那么明显。介电常数的变化会引起沿互连线的色散,严重的色散会拉伸数字脉冲,改变互连线的传播速度,并在极端情况下导致信号沿传输线反射。
    5G系统的智能手机原理图和PCB
    你的下一个5G系统设计不应该是一个不可能完成的任务
    无论您选择在5G系统中使用哪种基片材料,您都需要遵循最佳PCB设计实践,以确保在互连过程中保持一致的阻抗。对于RF信号线,应该使用尽可能短的路径路由跟踪。导线的宽度和间距也需要严格控制,以便维护在互连过程中保持阻抗一致。
    最终,5G将推动AR/VR、自动驾驶汽车之间的联网、新的智能设备和其他我们只能梦想的应用得到更广泛的采用。Cadence提供的正确的PCB设计和分析软件包括一整套设计和仿真工具,帮助您设计5G系统。快板PCB设计软件包包括许多设计工具,工程师需要建立5G系统,包括射频设计功能和互连规划工具。
    如果您想了解更多关于Cadence如何为您提供解决方案的信息,请与我们和我们的专家团队交流。
    关于作者
    Cadence PCB解决方案是一个完整的前后设计工具,使快速和高效的产品创建。Cadence通过现代的IPC-2581工业标准,让用户精确地缩短设计周期,将产品交付生产。
    5G系统的多氯联苯将需要处理器和功率放大器在高速和高频下工作,通过有效的热管理,这些组件的输出变化可以最小化。5G系统中值得关注的两个材料特性是导热系数和热系数,它测量衬底介电常数随温度的变化。电路运行或集成电路产生的热量会导致温度升高,从而逐渐导致介电性能的损失。
    第一个参数的重要性应该是显而易见的:导热系数高的衬底容易从有源器件中散热,而导热系数高的衬底在较高的速度和频率下工作时是更好的选择。第二个参数的重要性可能不那么明显。介电常数的变化会引起沿互连线的色散,严重的色散会拉伸数字脉冲,改变互连线的传播速度,并在极端情况下导致信号沿传输线反射。
    5G系统的智能手机原理图和PCB
    你的下一个5G系统设计不应该是一个不可能完成的任务
    无论您选择在5G系统中使用哪种基片材料,您都需要遵循最佳PCB设计实践,以确保在互连过程中保持一致的阻抗。对于RF信号线,应该使用尽可能短的路径路由跟踪。导体的宽度和间距也需要严格控制,以便在互连过程中保持一致的阻抗。
    最终,5G将推动AR/VR、自动驾驶汽车之间的联网、新的智能设备和其他我们只能梦想的应用得到更广泛的采用。Cadence提供的正确的PCB设计和分析软件包括一整套设计和仿真工具,帮助您设计5G系统。快板PCB设计软件包包括许多设计工具,工程师需要建立5G系统,包括射频设计功能和互连规划工具。

    5G时代即将扩展-.png
    5G时代即将扩展各大城市.jpg
    发新帖
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册