NI为5G研发设计测试制造保驾护航

             ——专访NI中国射频与无线通信市场开发经理姚远先生

美国国家仪器公司（National Instruments，NI）于11月17日举行了NIDays 2016大会，全面展示NI的产品和解决方案。本刊记者在会上专访了NI中国射频与无线通信市场开发经理姚远先生，请他就5G移动通信的相关问题发表了独到的看法。

微波杂志：5G将采用哪些新技术、新方法？

姚远：5G目前从具体的技术方向上来看有很多值得讨论的地方。比如说我们知道10月中旬在里斯本W3C Meeting上就针对信道编码的方式有一个很长时间的讨论。实际上对信道编码方式每一个企业或者每一个组织都有他们自己的理解，所以说具体的实现技术是很多样的。紧接着在这个礼拜进行的3GPP RAN1针对5G短码方案的会议上，中国华为公司主导的Polar Code(极化码)方案成为5G控制信道eMBB场景编码方案，这堪称是最近几代移动通信技术上，国内企业最重大的一次突破了。虽然实现方式不同，但从5G的愿景来看实际上是很清晰的，我们希望有更多的数据通路或者更高的带宽来支持更多的数据，这是第一点。

第二点，在5G之前的移动通信讲到更多的都是人和人之间的通讯，到5G我们会看到更多的物与物之间的通讯，我们预计将有85%的嵌入式控制器在2020年被连接到大的无线网络里，这些都是物联网发展的例子，我们也相信5G会让物联网更加蓬勃的发展。

第三点，针对一些任务关键型的应用，包括远程医疗、远程手术、无人驾驶等这些未来的技术，需要更加稳定更加可靠的通讯网络来支持。

这三个愿景或者讲这三个用户场景是没有问题的。实现这些愿景的技术方式至少有四个方面是值得关注：一个是Massive MIMO即大规模天线阵列，这种技术的理论很早就被提出来了，但是一直没有一个可靠的原型验证平台去验证这些技术。在2012年NI跟瑞典隆德大学合作推出了全球第一个商业现成可用的Massive MIMO系统验证方案，从此我们可以用这样的技术去推动5G的Massive MIMO的研究。

另外一个，针对网络层，无线通讯网络从2G到4G是不断演进的，5G是更多元化、更多模的甚至跟无线局域网有更多融合的新型网络。

第三点，全新的物理层，因为如果用到毫米波，现在的物理层就不是很适用，所以需要有一个全新的物理层的定义，这也是5G一个很热门的研究方向。

最后一点就是毫米波，前面我们提到关于毫米波的信道测量也好、原型验证也好、频谱划分也好，这些都是对毫米波前景的认可，大家因为有了这样的共识才会想到去做毫米波方面的研究，毫米波无疑是5G非常重要的一个支撑。

微波杂志：有人说MIMO OTA测试是5G研发最大的挑战，您是否认同这个观点？其难题主要是什么？NI如何解决这些难题？

姚远：首先，NI本身在5G方面有比较多的方案，包括从原型验证到5G以后可能的测试。MIMO OTA测试的确是一个比较有挑战性的工作，我们的优势在于我们很早就已经参与了5G的标准化和测试工作，所以我们对于5G可能演变的一些技术方向是比较清楚的。

对于MIMO OTA测试，我觉得可以从以下几个方面讨论，首先，Massive MIMO即大规模天线阵列对于5G来讲是一个比较革命性的技术，且不论它的测试挑战，就是它的原型实现都是一个比较具有挑战性的事情。NI之前跟瑞典隆德大学、英国布里斯托大学、中国东南大学等高校以及业内几家著名的通信企业都有合作，在Massive MIMO原型这块做了很多工作，推出了商业现成可用的Massive MIMO原型设备。所以针对Massive MIMO的技术实现，包括其中最重要的物理层实现，NI都有自己的积累。

但Massive MIMO的测量很难，因为它的通道数很多，而且要做OTA测试，对通道之间相位的同步、校准等要求很高，这是很重要的问题。我认为有几个方向可以尝试，一个是在IC设计里边有一个概念叫DFT（Design For Test），在设计阶段就要考虑可能会碰到的一些测试问题。另外，对于MIMO的测试，PXI的模块化架构能比较好地应对挑战，因为可以在一个机箱里边集成多个通道的射频通路进行测试。NI使用PXI的模块化射频仪器对于多模、多通道、多待测件的测试很有经验。

微波杂志：毫米波的哪些波段将用于5G移动通信？NI 5月发布的SDR是只覆盖71-76 GHz还是最高覆盖到这个频段？对于其它频段NI是否也有相应的SDR？

姚远：去年ITU（国际电信联盟）划分出了一些频段用于下一代毫米波无线通讯的验证或者是技术实现，当然这只是个建议。美国的速度很快，FCC已划分出了5G的试验频段，包括28G、38G、72G等。至于NI为什么推出E波段SDR，主要是因为我们看到了毫米波的使用场景，我们觉得在目前来看使用毫米波的一个重要场景是做信号回传(Backhaul)，就是小站到大站之间的信号传输，这个用一个比较高的频段会非常好，这也是为什么我们会先推出这个频段的SDR的原因。

但是NI本身的系统是比较灵活的，今天会上我们的演示系统的毫米波收发器实际上是在PXI机箱之外的毫米波上下变频器。71到76GHz的毫米波射频头实际上是连接到PXI里边进行中频上下变频以及基带的处理。这是一个很灵活的设计，未来我们可能会推出更多的毫米波频率的SDR，可以覆盖到我们前面讲的一些候选的毫米波频段。

微波杂志：5G启用毫米波频段会遇到哪些新问题？NI如何应对？

姚远：毫米波频段的使用会受几个因素的影响。这其中，政策因素的影响是很大的，比如美国在划分了毫米波试验频段之后，包括Verizon在内的一些运营商很快就取得了一些成果。当然政策因素我们今天不做评价，我们只看技术方面。

毫米波的方向性比较强，但它的穿透能力比较弱，容易受到天气影响，包括雨、雾、甚至是雾霾的影响。我们首先需要对毫米波有一个科学的、系统的认识，看到底它在什么样的环境下会受到怎样的影响，这对后续毫米波的使用是很重要的第一步。如何对毫米波信道有清楚的认识？这就需要大量的科研工作者去针对不同的环境在毫米波的不同频段进行信道的测量。北邮的张建华老师是NI在5G信道测量方面很重要的合作伙伴，同时她也在国际电联的信道测量分会任主席，她和她的团队做了很多信道测量方面的基础工作。

微波杂志：NI为5G的研发、设计、测试、制造分别提供哪些解决方案，它们有什么优势？

姚远：原型验证我们不讲了，刚刚讲的四个方面NI都是有方案的，我想着重说一下测试。针对5G的测试我们公司准备得比较充分，我们最近发布了第二代矢量信号收发仪（VST），它具有1GHz的信号分析和生成带宽，这就给5G的测试打下了一个坚实的基础。另外，它有很好的射频性能，它甚至集成了高速数字的串行I/0，所以可以直接把数字IQ信号流入或流出到仪器里。这是一个很好的应对未来5G测试的方案。

NI在5G测试方面的投入其实不仅仅是第二代VST，我们有一个比较好的规划就是针对毫米波频段的5G测试，我们有一些在未来一到两年内可以发布的毫米波设备，结合VST可以组合成为一个比较好的针对5G测试的方案。

微波杂志：NI给自己在5G产业链中的定位是什么？在全球通往5G商用的道路上，NI将发挥哪些作用？

姚远：我们在5G这块比较关键的就是前面提到的两点，一个是我们在5G标准化之前通过提供5G的原型设备，帮助工程师和科研工作者对他们理想中的5G技术做一个验证。第二点，我们作为一个测试测量厂商，我们是有准备的，一旦5G完成了标准化，我们能够提供最及时的5G测试工具，去帮助他们进行5G无论是终端还是基础设施的测试。