罗德施瓦茨全球技术经理Reiner Stuhlfauth：未来终端新架构的测试

2017年6月12日，由IMT-2020（5G）推进组主办的2017年IMT-2020(5G)峰会在北京开幕。为期两天的大会以“5G标准与产业生态”为主题，邀请工信部领导以及数十家国内外主流移动通信和相关应用单位专家500多人参加会议讨论，并面向业界发布《5G网络技术测试规范》。

会上，罗德施瓦茨公司全球技术经理Reiner Stuhlfauth发表了题为《未来终端新架构的测试》的主题演讲。

以下是演讲实录：

大家下午好，非常荣幸能够在这里跟大家讲几句话，关于我们未来智能手机的发展等。首先我要抱歉，我自己还没有带来5G智能手机，很多人也问我，5G智能手机的时间表是什么样的，我只能遗憾的告诉大家，现在还没有5G的智能手机，但是和大家分享一下我们觉得它会是什么样子，而且在这方面我们面临什么样的挑战。

我是一个工程师，我更倾向于把挑战叫做机会，所以我想探讨一下未来有哪些机会，特别是在智能手机这方面。

谈到未来，其实有些趋势今天已经显现了，首先终端上集成的部件越来越多，所以内存、蜂窝、相机、LTE等等，他们都要耗能，因此能耗是一个很大的问题。今天我们能看到很多输出能源的部分其实是一个很大的挑战，他们变得越来越弱，而尺寸方面我们又希望他们变得越来越小，所以我们要测试，我们的战略就是为了解决这个问题，我们能期待什么呢。首先我们看到供电的问题，可能会有向用户的一个水平漂移，从另一端我们有一个信号表现，我们还需要负载响应以及一些重叠的功能，这是我们面临的现实。从测试仪表的方面来看，我们有一些战略，可能会有一些触发因素来触发相关的功能。导电轨探测，我们来探测信号的输入，这是在很低的一个层面上，大家可以看到它上面的噪音情况是什么样的，这个测试仪表会测试一些频段，在这些频段上低噪音、高噪音的情况下进行测试。我们会有多个组件在同时被激活，一个挑战就是我们要测试一下他们之间的相关性。以LTE连接为例，首先我们要测一下电流的耗电性，另外我们还要测试一下它的功率放大器。我们需要的是一个多信道的分析以及和时间相关的一些数据，这样我们才知道在无线链路上发生的事。而且我们还可以探讨一下信号触发方面的问题，会有一个呼叫中心，在这会触发一些事件，这些和能耗的测试都会联系起来，这是比较有挑战性的一个地方。信令和能耗，我们要放在一起来考虑。

我是一个工程师，二十年、三十年我们一直在做什么，我们会看到像这张图上所说的那样，我们看到一些，这都是我们今天测试的效果，做这些事已经做了很多时间了，要以一种非常完美或者非常简化的形式来做是不行的，没有一条简化的途径。我们只能在现实允许的范围内来减少成本，来考虑它的容错值，来考虑到它推到市场上的时间，以一种比较实际的方式来同时解决这些挑战。另外在5G时代将会有越来越多的功率放大器、过滤器、天线等越来越多的构建，集成到我们的硬件架构当中，线性的安排就会是一个很大的挑战。从测试的角度来看，我们的发射机也就是输入，功率扩大器和接收器，像频谱分析仪等，输入和输出，他们之间要进行相互对话。然后有一个集中的控制器，这个集中的控制器可以使我们进行一些战略的安排。比如说有一些信号的变形怎么处理，如何进行测试等，要找到最好的一种方式。另外一个是在5G当中。今天我们听到了很多Massive MIMO的应用，毫米波的挑战，我也想提醒一下大家，今天如何把LTE、3G、4G、2G连接到我们正在测试的移动终端当中，如何模拟未来的场景。从3GPP的做法来看，我们要有一个端口，这个测试当中我们会出去一些样本的结果，然后来执行这个测试。在第二天我们在同样的条件下来进行同样的测试，看看是不是拿到的结果和前一天的结果是一样的，这是我们所谓的测试管理，特别是针对天线。未来是什么情况，我在这还是给大家举了一个例子，我们和一些伙伴进行了合作，今天听到了很多这样的例子，我们看到毫米波它的路径损耗是比较大的，28GHz，改变频率，我们会有30个db的路径损耗，30个db额外的路径损耗是必须要补偿的——可能我不是唯一一个这么说的——我们回到基站那在基站做一些改进，做一些Massive MIMO波束成形等。很多人也说移动终端集成了一些天线的特性，进行一些波束成型，在手机这侧来做。在做这么的时候会遇到哪些挑战？一个测试是我们要把有线拿出来，我们不仅是把线缆拿掉，整个共识要发生变化，整个表格要发生变化。而你要改变这种做法会面临很多的不稳定性，比如说天线成本的问题，这是天线测试很大的一个挑战和问题，还远没有解决，还有很多其他方面都必须得到澄清。再举一个例子，新的影响，在过去我们只是来测，比如说功率，我们只是测功率和时间的关系就可以了。过去我们还做一些频谱和功率之间的关系，以及功率和编码之间的关系，而在新的波速成型的情况下，我们会出现一个新的域，会有功率和空间域和DoD之间的一个关系。所以仅仅是前三项在2G、3G时代的测试已经不够了，首先在实验室中我们做了一些概念验证，我们从现在LTE移动终端的做法测试来看起，绿色的颜色是我们现在已经进行的测试。我们再转到移动六个不同的位置，测了两个，这两种其他的颜色ACLR，然后频谱测试。我们发现一些特殊的情况，绿色和红色、蓝色重叠了。在这种情况下就可以得出一个结论，这个移动是这样的或者是那样的，它的规范是这样的或者那样的，如果你通过传导的方式来做，可能结果是一样的。交叉对话已经改变了现在的行为，OTA的方式和传导的方式已经不一样了，我们必须了解这一点，并且知道它会产生的影响，从而形成新的标准和规范。我们要和标准化机构紧密合作，来找到一些测试的解决方法。这个问题怎么测试，只有解决了测试的问题，才能制定相关的标准和规范。

规范还有很多悬而未决的问题。波束成型有什么挑战？首先没有校准，把波束放在一个方向，然后在最低层面上放到另一个可能有用户的方向，如果波束成型的天线没有进行正确的校准，在这种情况下你就会看到信号消失了，电力的浪费，也会给其他用户造成一些干扰。当然在Massive MIMO情况下，我们经常说把天线放的相互之间离得越近越好，一说就是几十个天线、一百多个天线。但是天线是什么，它是一个终端的头，它还可能会吸收和释放，也就是说两个天线离得过近的话，A天线可能会吸收B天线的能量，它就会减少B天线的传输距离。另外一方面，我们面临的一个现实是，会有很多的天线浪费在很多大学和研究机构，会有一个学术的距离。我们看到这些手机的外形、外观，可能很多时候天线已经不是对称的安排了，因此波束也不总是连贯的。我们对这个复杂性了解得很多，需要线性化等等。我们面对什么样的挑战，怎么样应对这些挑战。比如我们看到的一个影响就是一个相互耦合问题，还一个学术的方法，你可以看到绿色的和红色的线，如果这个天线的距离从红的就是一个统一的天线，以线性的阵列。一个天线有两个邻居，一个左边一个右边，如果把它像今天一样布置天线，一个天线可能会有17个相邻的天线。我们有两个极化，比如垂直的极化，还有水平上的，再乘以2，就有17个。我们实际上可以看到要有一个多路径的检测的方案，我们要对很多不同的参数进行检测，这是我们面临的其中一个挑战。另外一个我们谈到的，我们把测试天线放在哪，距离到底怎么样，可以看到我们包括一个远场和近场，到底有什么区别。如果是远场，我们采取一个测试的样本，我们就可以立刻获取结果。如果在近场我们有一个测试，那么要看他的项目以及看他的数量。我们要做一些后处理，做一些变形，这样的测试就会更复杂，而且还要做一些后期的处理。可以看到近场和远场的界限在哪，有一个共识大家可以看到，0.62第三次方等等，我们可以看到这是它的计算。这是更适合的，比如说这个基站，30GHz的，比如说50米、十几米，大概和这个会场差不多的尺寸，听起来可能是比较贵的，所以我们要进行近场的测试，进行后期的处理。在基站我们知道我的天线的范畴在现实情况中，它有64个天线，并不是所有的天线都是同时在发射，那我们想了解的是有效距离。比如说在这个上面智能手机，这是他的天线的尺寸还是你手机的尺寸，是你笔记本的大小还是他的一个天线的大小。我们会有一个50%的宽度，这块有一个一个公式大家可以看到，远场和近场的距离怎么来计算。另外一个我们可以采取的是，在我们进行功率的测量，我们看到E和H场，我们从理论的角度可以看到E和H有不同的方向，可以切换，就这是近场和远场的界限。我们有一个功率的传感器，我们离天线越来越近，可以看到它的波形会变化，这样我们就可以对近场和远场的条件进行评估。我们有很多方法来解决波束成型的问题，我们要进行波速的验证，我们这个波速设置好以后我们就进行一个验证，可以看到3GPP有一个5点的提案，主要针对波速成型验证的，每一个点可以知道它的功率的值，我们当然也需要一个功率中心。我们还有毫米波，它不会有比较高的路径的损耗。我们实际上可以对这个功率的传感直接进行测试，我们谈到了原场和近场的距离取决于设备终端本身。最后我可以给大家指出，我们看到公放，公放实际上对温度是非常敏感的，所以大家可以考虑一个方式，怎么样能够加热或者降温，满足维护的条件，给大家分享一下我们5G方面面临的一些挑战。

我们觉得合作对于5G来说是非常重要的，我们也希望会后能够继续保持联系，如果大家想要了解更多的5G方面的挑战，星期三我也会给大家介绍一些相关的内容，如果大家有问题我也非常乐于回答，谢谢大家的聆听！