基于5G NR基站的新一致性測試挑戰(zhàn)方案

5G 新無線電 （NR） 正在世界各地部署，為無線通信提供更快的數(shù)據(jù)速率和前所未有的可靠性。新的一致性測試已經(jīng)出現(xiàn)，以確?；灸軌騼冬F(xiàn)這些承諾。

一致性測試是基站生命周期的重要組成部分，需要很好地理解第三代合作伙伴計劃 （3GPP） 規(guī)范。由于每年對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的投資高達 400 億美元，移動網(wǎng)絡(luò)運營商 （MNO） 需要確保他們選擇在其網(wǎng)絡(luò)中實施的基站符合 5G 標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)演進進一步增加了基站一致性測試的重要性。由于缺少帶有 5G 毫米波 （mmWave） 單元的天線連接器，5G 打開了一個潘多拉魔盒。空中 （OTA） 測試給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商 （NEM） 和 MNO 的研發(fā) （R&D）、集成和驗證工程師帶來了許多挑戰(zhàn)，他們處理小型蜂窩、宏蜂窩和開放無線電接入網(wǎng)絡(luò) （O- RAN）組件。

5G引入新基站

隨著 5G NR 的出現(xiàn)，根據(jù)頻率范圍和設(shè)備的天線配置定義了新的基站類型。這四種類型表示為：1-C、1-O、1-H 和 2-O。數(shù)字表示頻率范圍。頻率范圍 1 （FR1） 涵蓋 450 MHz 至 7.125 GHz，而頻率范圍 2 （FR2） 指的是 24.25 GHz 至 52.6 GHz 的毫米波頻譜。

“C”指的是帶有天線連接器的基站。1-C 型基站使用傳導(dǎo)方法進行測試，例如用于 3G 和 4G 的傳統(tǒng)蜂窩基站。“O”是指沒有天線連接器的基站。這些單元的所有測試都必須在輻射類型的測試中通過空中完成?！癏”是指一種混合方法，其中一些天線連接器可在系統(tǒng)中的模塊和基站組件中的集成天線之間訪問。5G 基站需要為空間復(fù)用和波束成形等應(yīng)用支持越來越多的信道。即使在 FR1 中，集成度也在不斷提高。市場正朝著更多的 1-O 型基站發(fā)展。

圖 1 Type 1-H、1-O 和 2-O 是 5G NR 引入的新基站。

3GPP 提供必要的一致性測試文件

基站一致性測試從 3GPP 規(guī)范開始。3GPP 技術(shù)規(guī)范 （TS） 38.104 和 38.141 是 5G 基站一致性測試的必要文件。3GPP TS 38.104為傳導(dǎo)和輻射基站提供了最低要求。該規(guī)范涵蓋了發(fā)射機和接收機特性，以及接收機性能。

3GPP TS 38.141包括38.141-1用于進行基站和38.141-2為輻射單元。這些文件定義了測試要求，為測試容差提供了寬松的規(guī)范，并包括確保符合 TS 38.104 中概述的要求的測試方法。此外，這些文檔引用了其他 3GPP 文檔，這些文檔提供了與一致性測試相關(guān)的附加上下文和背景。這些文檔中的每一個都可能有數(shù)百頁長，了解所有細節(jié)以確保正確遵守 3GPP 規(guī)范至關(guān)重要。

基站一致性測試按章節(jié)組織。第 6 章介紹發(fā)射機特性，包括發(fā)射機的典型參數(shù)，如輸出功率、信號質(zhì)量和帶外 （OOB） 發(fā)射。第 7 章涵蓋了接收器方面，例如靈敏度、動態(tài)范圍、選擇性和阻塞特性等參數(shù)。

第 8 章重點介紹接收機性能，包括對從用戶設(shè)備到基站的上行鏈路信道的測試——物理上行鏈路共享信道 （PUSCH）、物理上行鏈路控制信道 （PUCCH） 和物理隨機接入信道 （PRACH）。

此外，參與 5G 基站一致性測試的任何人還應(yīng)查看第 4 章。本章涵蓋制造商聲明，這些聲明定義了基站類型、類別和基本 RF 屬性，如頻率范圍、帶寬和輸出功率，以及提供輻射基站的波束配置，包括波束寬度、方向和數(shù)量。每個測試用例都有一個獨特的信號配置，源自制造商的聲明。

不同的配置處理不同的測試用例

第 6、7 和 8 章測試適用于所有基站，無論其類型如何，但傳導(dǎo)單元和輻射單元的測試方法不同。

您可以使用簡單的測試設(shè)置來執(zhí)行大多數(shù)發(fā)射機測試，該設(shè)置由連接到頻譜分析儀的基站組成（圖 2）。無論是誤差矢量幅度 （EVM）、相鄰信道功率比 （ACPR） 還是雜散發(fā)射，基站上的每個端口都針對所有特性單獨進行測試。

圖 2大多數(shù)發(fā)射機測試用例使用簡單的測試設(shè)置，包括基站和頻譜分析儀。

不過，某些發(fā)射機測試用例需要不同的配置。例如，時間校準(zhǔn)是一個對空間復(fù)用和載波聚合場景很重要的測試用例，需要同時測量所有天線端口。您可以通過將所有信號合并到一根電纜中，使用單個頻譜分析儀執(zhí)行此測試。您可以使用此技術(shù)進行時間對齊測量，因為解調(diào)參考信號在時間和頻率上是正交的，可以進行準(zhǔn)確的定時測量。然而，在空間復(fù)用的情況下數(shù)據(jù)不是正交的，并且使用該技術(shù)不可能恢復(fù)數(shù)據(jù)有效載荷。發(fā)射機互調(diào)測試還涉及不同的配置，使用一個源將干擾信號注入發(fā)射機。

測試基站的接收器需要信號發(fā)生器來提供計量級參考信號。一些測試需要不同頻率和幅度配置的多個信號。這就是互調(diào)和阻塞測試的情況，其目標(biāo)是確定接收器是否可以在存在與有用信號具有特定頻率關(guān)系的更高功率阻塞信號的情況下正確解調(diào)非常低功率的“有用”信號（圖 3 ）。通常，這需要兩個信號發(fā)生器，因為有用信號和干擾信號之間的動態(tài)范圍很大，并且在 RF 上組合這些信號?；镜拿總€端口都與其他端口分開測試。

圖 3接收機互調(diào)測試在測試設(shè)置中使用多個源來生成干擾信號。

不過，接收機雜散發(fā)射測試需要不同的設(shè)置。它將頻譜分析儀連接到基站的接收端口，以測量來自接收器端口的發(fā)射并確保它們在 3GPP 指定的水平下。

在接收機性能測試方面，測試設(shè)置可能比發(fā)射機和接收機特性復(fù)雜得多。最復(fù)雜的配置是針對 PUSCH 測試用例。該設(shè)置同時激勵所有基站端口，以確?；灸軌蛞苑浅５偷男旁氡?（SNR） 恢復(fù)高度衰落的信號，這些信號是通過添加加性高斯白噪聲 （AWGN） 來模擬的。

這個測試也很困難，因為基站需要解調(diào)每一個傳輸數(shù)據(jù)塊，并向測試設(shè)備提供混合自動重傳請求（HARQ）反饋，但沒有標(biāo)準(zhǔn)接口用于此。此外，設(shè)置需要參考和幀觸發(fā)以確保測試設(shè)備和基站之間的對齊。其中一些測試還需要 2 層空間復(fù)用多輸入/多輸出 （MIMO） 信號。

輻射測試帶來更多挑戰(zhàn)

輻射測試將基站一致性測試提升到一個全新的水平，將基站放置在一個室內(nèi)并用天線替換電纜。接收信號的探頭天線必須離基站足夠遠，以便在遠場中進行測量，在遠場中輻射波變成平面波。由于各種原因，執(zhí)行得太近的測量可能會導(dǎo)致不準(zhǔn)確。結(jié)果，測試室會變得非常大，這取決于天線的尺寸和頻率。

例如，28 GHz 頻率下 15 cm 的天線尺寸需要在遠場中考慮基站和探測天線之間至少 4.2 m（圖 4）。路徑損耗是毫米波頻率的另一個問題。它比FR1高得多。損耗發(fā)生在基站和探測天線之間的距離上，從探測天線到頻譜分析儀還有額外的電纜損耗需要解決。

圖 4 28 GHz 的 15 厘米天線需要基站和探測天線之間的距離為 4.2 m。該設(shè)置會產(chǎn)生 79 dB 的總信號損耗，包括 73 dB 的 OTA 損耗和 6 dB 的電纜損耗。

針對輸出功率和 ACPR 等某些方面的輻射測試也為基站一致性測試帶來了新的變化?？傒椛涔β?（TRP） 涉及從所有可能的方向進行測量?；景惭b在定位器上，可旋轉(zhuǎn)所有方位角和仰角，從而需要進行數(shù)千次測量。3GPP 提供了一系列關(guān)于執(zhí)行 TRP 測量的可能方式的測量網(wǎng)格。有些方法更適合特定的測量，但是 3GPP 并沒有要求任何測量都使用特定的網(wǎng)格模式。最終，由供應(yīng)商來確保符合 3GPP 規(guī)范。

OOB 雜散發(fā)射測試特別難以通過空中進行，因為測試設(shè)置需要覆蓋從 30 MHz 到 60 GHz 的廣泛頻率或 FR2 設(shè)備的二次諧波，以較低者為準(zhǔn)。頻譜分析儀可以輕松覆蓋該頻率范圍，但您不會找到以合適的天線模式和增益覆蓋整個范圍的探頭天線，這需要使用多個帶狀探頭天線，因此也需要某種切換矩陣。開關(guān)矩陣會增加天線和分析儀之間的損耗，需要使用低噪聲放大器 （LNA）。OOB 雜散發(fā)射測試還需要濾波器來捕獲低電平雜散信號。使用所有這些組件增加了測試設(shè)置的復(fù)雜性，也增加了校準(zhǔn)的需求。

盡管具有挑戰(zhàn)性，但這些問題并非不可克服。存在解決方案，但由于 5G 基站的類型多種多樣，因此沒有一種適用于所有情況。圖 5提供了 OTA 基站一致性測試解決方案的示意圖，這是最復(fù)雜的情??況。該解決方案涵蓋第 6、7 和 8 章中的所有 3GPP 測試用例，并使用制造商的聲明來定義每個測試的配置。它具有與信號發(fā)生器和信號分析儀通信的接口以及與被測基站通信的應(yīng)用程序編程接口 （API）。

圖 5 OTA 測試用例的一致性測試架構(gòu)比傳導(dǎo)測試復(fù)雜得多。

簡化 5G 基站一致性測試

新的基站類型已經(jīng)出現(xiàn)以兌現(xiàn) 5G 的承諾，并帶來新的一致性測試，如 3GPP 規(guī)范中所述。各種測試用例需要不同的配置，從僅使用基站、電纜和頻譜分析儀的簡單傳導(dǎo)設(shè)置到用于接收器性能測試和 OTA 測試用例的更復(fù)雜配置。有助于解釋 3GPP 規(guī)范、簡化測試設(shè)置并自動生成測試計劃的解決方案有助于更快地克服這些挑戰(zhàn)。

有關(guān) 5G 挑戰(zhàn)和基站解決方案的更多信息，請訪問是德科技的5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商頁面。網(wǎng)絡(luò)研討會3GPP gNB 一致性測試概述、挑戰(zhàn)、新 gNB 測試解決方案提供了 5G 基站一致性測試設(shè)置的演練。

Jessy Cavazos是是德科技行業(yè)解決方案營銷團隊的一員。

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