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5G 第八种武器 —— OTA 测试

2018-10-10
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— 会议推荐,文末有详情 —

不容错过的 5G 研讨会——从基站到终端

【10月16日 | 深圳】

为了满足网络社会的需求,下一代 5G 蜂窝网络承诺在网络容量、数据速率和时延等方面带来革命性的改进。继6月份3Gpp R15最终冻结之后,8月份OPPO、VIVO、华为、小米均号称打通了基于R15的5G First Call,9月底IMT2020亦公布了5G三阶段斐然成绩……

一时间深秋的通信武林风起云涌,真可谓“秋菊煮酒论英雄,5G一剑动江湖”。为了创造5G美好的未来,除了上文提到的那“七种武器”,还需要第“八”种武器来保障5G的稳定性——OTA测试。


OTA测试的引入

我们知道对于 5G 愿景的实现,需要更多频谱。除了 6 GHz 以下的频谱,全球各地还为 5G NR分配了一些毫米波候选频段,典型如28 GHz 和 39 GHz 频段。尽管新频谱的引入为实现更高容量、更快数据速率和更低时延的通信提供了一条畅通无阻的大道,但情况也变得更为复杂。

一方面,为了应对毫米波频率上额外的路径损耗,相控技术、波束赋形和波束控制等技术被引入到移动通信领域,用于生成更窄的波束和更高的增益。

而随着5G 毫米波器件集成度的提升,分布式馈电网络与天线系统之间的边界上再也不可能使用传统的射频连接器,甚至毫米波的收发信机系统直接集成到天线阵列中(如图1)。从而此类器件中,不再有可供传导测试使用的连接器或探测点,因此大多数测试必须通过 OTA 方式实现。


图1. 印制电路板的两面,从中可见 28 GHz RFIC 与天线阵列高度集成。

图片由加州大学圣迭戈分校 G. Rebeiz 教授提供


此外,相控阵器件的相位和增益状态在使用前需要进行OTA校准。校准的作用是:

1、确保用户设备和基站发射的波束在要求的指向角范围内产生正确的波束宽度或增益;

2、确保满足功率输出限制;

3、确保波束赋形特性正常运行,包括高低分辨率扫描操作、 扫描角度的精度,以及增益平稳度补偿。至于选择哪种方法进行 OTA 校准,则取决于设备体系结构和设备的控制接口。


OTA测试方案解析

OTA 测量通常是在被测天线系统的辐射近场或辐射远场区域进行(如图2)。通过测试系统对于被测物电磁信号采集的方式不同,可以将OTA测试分为以下几种不同的方式:


图2. 波束随着与天线的距离而演变


1、直接远场测试方法

从概念上讲,远场测量是最简单的 OTA 测量系统类型,并且是 3GPP 认定为已通过批准的基站射频测量方法,是基本的用户设备射频测试方法。图 3中显示了一种典型的远场吸波暗室。被测器件( DUT)安装在一个定位器上,该定位器可以在两个平面上旋转(方位角和俯仰角),因此工程师可以从任意 3D 角度对被测器件进行探测。


图3. 远场吸波暗室


2、紧缩天线测试场

紧缩天线测试场( CATR)方法被认为是远场表征的标准方法。使用抛物面反射器校准来自测试探头的辐射,使其成为平面波辐射。CATR 测量可以在非常小的空间内实现电大尺寸的DUT测试(比如gNB 天线阵列),其基本配置和运行如图 4 所示。


图4. 紧缩天线测试场

图片由NSI-MI提供


3、近场测量方法

近场测量系统使用高精度定位器在二维表面上对辐射近场区域(也称为菲涅耳区域)中电场的相位和幅度进行采样,该表面可以是平面型、圆柱形或球形(如图5)。 然后使用傅立叶变换算法获得各种角度的平面波线性组合,最终计算得到远场天线方向图。


图5. 平面型(左侧)、圆柱形(中间)和球形(右侧)表面中的近场扫描图。在每个扫描点测量功率和相位。

图片由NSI-MI提供


三种方法的空间要求、测试精度是不同的,选择哪种方法取决于被测件的尺寸,形状以及测试项要求等等。


5G NR 开发周期中的测量要求

在任何通信系统内,发射和接收的信号都不是理想的。毫米波发射机链路会增加待发射目标基带信号的非线性度、噪声和其他损耗。同样,接收机会增加失真度和减损,导致接收到的信号质量下降。

要了解毫米波发射机和接收机的特性,必须利用可生成和分析宽带 5G波形的测试设备来表征其空中性能。

另外,器件需要的测试项目在这个研发周期中也一直在变化,众所周知可实现的 OTA 测试精度逊于传导精度。而且并不是所有的研发测量都同样适用于基站和用户设备,根据被测器件的不同,测试步骤和性能要求也会不同(如表2)。


表2. 5G NR设备和基站无线收发测试的 3GPP 技术规范草案


通常来说,研发过程中的 OTA 测量还包括以下内容:

•  2D 和 3D 形式的波束方向图测量,目的是测量波束宽度、旁瓣电平、零点深度及对称性。

•  交叉极化测量,了解天线系统的交叉极化隔离度。

•  波束控制或零点控制性能,确认波束能够指向正确的方向。

除此之外,完整的测试还包括极端条件下的测试、自适应特性的测试、一致性测试、制造测试等等……


至此,大侠对5G OTA测试有个整体性的认识了么?还是有“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”之感?除此之外,您是否想要更进一步了解5G OTA测试及他们的特点?还有:

—  5G NR射频测试标准该如何解读,相对4G有何变化?

—  5G NR对射频元器件形态、性能上有何影响?

—  应如何对5G Massive MIMO天线测试?

—  5G芯片/终端该如何评估其性能?

……


如您对以上问题仍存有疑惑, 10月16号Keysight在深圳将给您带来一个从基站到终端全方位的交流。下午的终端专场,无线设备和小型天线OTA测试混响室技术的先驱和市场领先者——Bluetest还将与大家共同探讨5G OTA测试方案。作为即将搅动5G江湖的你,快来领取“5G英雄帖”吧!



// 最新5G兵器库 //

本次研讨会,Keysight将同步展出相关测试仪表,包括5G 网络模拟器(手机综测仪)、5G信号产生与分析、高频器件矢网分析等方案,欢迎围观。相关工程师也会在场与“大侠”们面对面交流。


通信武林风起云涌,江湖群雄趋之若鹜

KEYSIGHT 顺势锻造 5G 七种武器

助力武林英豪打通任督二脉


关于Bluetest AB

Bluetest AB是混响测试系统技术的开拓者和市场领导者,该技术用于对无线设备和小型天线进行无线下载(OTA)测试。Bluetest的创新技术已被最大的移动电话制造商,网络运营商,天线制造商和其他无线解决方案的供应商所采用。欲了解更多信息,请访问 http://www.bluetest.se。

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是德科技是一家领先的技术公司,致力于帮助工程、企业和服务提供商客户优化网络,进而将其电子产品以更低的成本、更快地推向市场。从设计仿真到原型验证、再到生产测试以及网络和云环境的优化,是德科技提供了全方位电子信号测试与分析解决方案。我们的客户遍及全球通信、航空航天与国防、汽车、能源、半导体和通用电子终端市场。2017 年 4 月,是德科技完成对 Ixia 的收购。Ixia 公司在网络测试、可见性和安全解决方案领域具有十分雄厚的实力。更多信息,请访问 www.keysight.com

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