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毫米波与O-RAN测试,束手无策还是胸有成竹?

时间:2021-06-10 作者:邵乐峰 阅读:
数字化转型给产业带来了很多的机会和挑战,以5G和早期6G研究应用为代表的无线通讯产业就极具代表性,是德科技最新推出的N9042B UXA X系列信号分析仪和O-RAN端到端解决方案,正是为了解决通讯产业当前遇到的种种挑战而做出的有益尝试。
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得益于5G、卫星、半导体测量、通用电子、汽车和能源生命和早期6G研究应用的强劲需求,是德科技(Keysight)2021年第二季度收入实现了36%的增长,达到12.2亿美元,而去年为8.95亿美元。其中,通信解决方案部门(CSG)收入比去年同期增长34%,电子工业解决方案部门(EISG)收入比去年同期增长42%。

是德科技大中华区市场总经理郑纪峰表示,数字化转型的确给产业带来了很多的机会和挑战,尤其是新冠疫情的爆发,改变了很多以往的生活方式,同时也对新兴技术提出了更高的要求,以5G和早期6G研究应用为代表的无线通讯产业就极具代表性。

是德科技大中华区市场总经理郑纪峰

众所周知,5G包含三大应用场景:增强型移动宽带(eMBB),超可靠低时延通信(uRLLC)和大规模机器类型通信(mMTC)。3GPP于2018年冻结的5G标准R15规范,旨在解决eMBB场景应用中遇到的各种挑战;2020年7月冻结的R16规范则实现了从“能用”到“好用”的跃迁,补足了另外两个三角的能力,即uRLLC和mMTC;而即将于2021下半年冻结的R17规范将更关注垂直行业应用,频段也将从如今的Sub-6GHz延伸到毫米波的E波段。

目前,6G的前期研究工作已经展开。郑纪峰强调说,6G时代不但会带来更高的频段(D/E波段)和更复杂的信号,还会极大促进新太空市场的发展,而空天一体化时代的到来,在给波段、速率、信号调制、网络架构等技术带来全新变革的同时,也向设备商、终端制造商、研发、测试等全产业链提出了新的要求。

“是德科技从20世纪50/60年代开始从事毫米波波段的产品研发和解决方案的提供,在硅谷总部设有高频半导体研发和制造中心。设备中一些关键核心芯片就是在该中心诞生的,例如最高端的256GHz实时采样、110GHz实时带宽示波器,采用的就是自研磷化铟芯片。”郑纪峰说。

N9042B UXA X系列信号分析仪

新型N9042B UXA X系列是为了帮助5G应用、航空航天与国防、以及卫星通信领域的客户,解决紧张的设计裕量和时间表、复杂的调制方案和苛刻的标准等众多毫米波挑战而推出的信号分析仪,具备宽广的分析带宽和动态范围。

是德科技大中华区政府与服务市场经理李坚表示,海量数据所带来的高带宽应用正成为必需,这不仅包括宽带无线接入,还有随处可及的数据流量服务,最典型的应用就是自动驾驶。但目前来看,20GHz以下的带宽频谱非常拥挤,很难满足实际需求,20G/40G以上的毫米波频段才是真正的应用场景,未来的6G可能还会在THz(太赫兹)波段上。

是德科技大中华区政府与服务市场经理李坚

作为一类比较传统的测试测量产品,面向新的应用需求,信号分析仪目前主要面临三大挑战:第一,宽带应用带来的最直接问题就是宽带在更高的频段上;第二,即使是在更高的频率、更宽的带宽下还不一定能实现最优信道传输,必须要通过更加精准的编码和调制,提升信道容量。第三,在毫米波频率下,信号更容易产生损伤,从而影响信号质量,例如 IQ 调制误差、相位噪声、失真、信噪比、幅度和相位线性度等等。

关键性能方面,N9042B UXA X的EVM指标比上一代旗舰级产品提升了约5dB,达到47dB,使得高阶调制的矢量信号分析能力得到了大幅提升,可以准确测试5G NR发射机的真实性能;连续扫频和预选功能,能够实现从2Hz到110GHz扫描以及最高11GHz分析带宽,从而清晰地查看信号细节。并且通过更优良的DANL、经过校正的4GHz分析带宽,可以分别实现快速发现雷达设计中的带外发射或杂散、开发高吞吐量卫星通信设计。

在蜂窝通信测试方面,按照3GPP 5G NR R15和R16标准测试5G组件和设备,需要使用更精确、更灵敏、带宽更大的解决方案。N9042B信号分析仪利用5G NR信号分析软件,可以测试发射机设计的EVM等真实性能。用户只需一次按键,即可完成发射机的下行链路和上行链路测量。

同时,为确保使用现成的测量应用软件就能让客户的设计符合蜂窝通信、无线互联以及航空航天与国防等领域的最新标准,是德科技还将PathWave X系列测量应用软件与 UXA X 系列信号分析仪整合为一体,不仅简化了复杂的任务,还可以支持超过75种信号标准和调制类型,并能提供可重复的测量结果。

当今的卫星通信系统需要使用复杂的方法来表征宽带元器件。在表征放大器和元器件时,客户需要使用比目标应用更大的带宽。李坚介绍说,N9042B UXA X 系列信号分析仪解决方案还可以结合以下产品,帮助客户实现高精度测量:

• Keysight V3050A信号分析仪扩频器――能够在高频范围内对宽带信号进行精准测量。它具有出色的灵敏度、最高110GHz 、配置预选功能的连续扫频范围和宽广的动态范围,能够与 N9042B UXA信号分析仪无缝对接。

• Keysight RCal接收机校准仪――可以校正系统路径损耗和最高5GHz中频带宽的频率响应,无需使用外部矢量网络分析仪,也无需多次连接电缆和手动执行测试端面表征。RCal只有手掌大小,能够通过USB连接将精准的工厂校准数据无缝传输给Keysight X系列信号分析仪,从而大大减轻操作人员的工作量,显著降低复杂程度,并且提高测试接收机系统的测量精度。

• 配套的VXG微波信号发生器――能够提供大输出功率、超低相位噪声和大带宽,满足无线、航空航天与国防等应用的苛刻需求。VXG的双通道体系结构能够快速从阻塞和干扰测试切换为双通道MIMO和波束赋形测试。

O-RAN端到端解决方案

移动通信运营商于2018年首次引入了开放无线接入网络(O-RAN)的概念,并希望利用O-RAN构建多网络设备供应商体系来增强技术创新并降低成本。O-RAN联盟由27个全球MNO和180多个生态系统贡献者组成的联盟,是制定规范、参考架构以及定义O-RAN的各个子组件之间的接口的组织,其核心原则是开放性,智能性,虚拟化和互操作性。

当前,许多移动运营商都在根据O-RAN联盟制定的规范部署原生云和虚拟无线接入网(RAN)架构,从而高效交付5G业务。随着向多厂商网络的转型,互操作性和性能遇到了巨大挑战。而端到端测试,包括从RAN边缘到5G核心网(5GC)进行的测试,以及从早期芯片预开发到系统集成的全流程测试,则可以确保满足性能要求。对于运营商来说,通过全面测试异构网络,就意味着能够扩展其设计的功能,能够交付支持创新业务的解决方案。

”O-RAN带来了无线单元(O-RU)、分布式单元(O-DU)、中央单元(O-CU)模块之间的互联互通问题,需要对单独的某个模块分别进行测试,但不同的模块,测试方式和要求又可能完全不同。”根据是德科技大中华区无线市场部经理白瑛的介绍,为解决上述挑战,是德科技推出了开放式无线接入网架构套件(KORA),用以满足不同用户、不同模块、不同阶段的测试需求,加速开发、集成和部署符合O-RAN要求的设备。

是德科技大中华区无线市场部经理白瑛

KORA是一套完整的解决方案,实现了对用户端、基站、核心网、接入网测试的端到端覆盖,主要包括OpenRANStudio、UeSIM、RuSIM、CoreSIM、DuSIM、CuSIM、RIC测试、ATIPentest、CyPerf、BreakPoint、VisionEdge、IxNetwork、CloudPeak和NemoOutdoor等一系列产品。

5G O-RAN安全是白瑛强调的重点内容之一。众所周知,从安全的角度来看,开放系统比封闭系统更容易受到攻击。O-RAN体系结构增加了许多新接口,并整合5G-Xhaul传输将小基站(small cell)连接到核心网络,这些改变都增加了RAN的受攻击面。同时,O-RAN的智能非实时/近实时RAN智能控制器(RIC)增加了新的复杂性,例如潜在的xApps冲突和可信根问题。最后,O-RAN在虚拟或云环境上的部署,也增加了更多潜在安全问题,例如架构、容器和集群安全性。

“举一个形象的例子,如果O-RU、O-DU,甚至O-CU出现了问题,就等于是将其背后连接的核心网,以及在核心网上处理的大量应用、消费者个人隐私、银行卡数据等直接暴露在黑客面前,消费者、企业甚至国家安全都将受到威胁。“白瑛强调说,安全必须从一开始就成为首要考虑因素,从5G O-RAN网络的设计开发到制造,再到供应链,部署和运营,其安全性测试需要被充分重视并得到落实。

他坦承,从市场规模来看,现阶段O-RAN规模还无法与传统基站相比拟,仍然处在探索和开始发展的阶段,但也确实存在众多的市场需求,有很多客户在询问并征求解决方案,这也是是德科技之所以在市场发展初期就选择推出完整O-RAN解决方案的初衷。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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