5G基站架構(gòu)與測(cè)試方案研究（下）

5G基站架構(gòu)與測(cè)試方案研究（下）

測(cè)試方式有以下兩種方式：方式一：直接在廠家宣稱的方向上進(jìn)行測(cè)試，機(jī)械安裝上的誤差和波束賦形的誤差都會(huì)帶來測(cè)試誤差(如圖4所示，黑色點(diǎn)代表宣稱位置，彩色點(diǎn)代表實(shí)際位置)。方式二：在廠家宣稱的方向及其一定角度內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，找到最大值，認(rèn)定為EIRP，這種做法可以消除機(jī)械安裝帶來的誤差，同時(shí)也消除了賦形方向不準(zhǔn)帶來的誤差，而賦形方向的準(zhǔn)確性本身是設(shè)備應(yīng)該具備的能力，不應(yīng)該被消除。(2)ACLROTAACLR指標(biāo)和傳導(dǎo)ALCR指標(biāo)定義相同，都是定義主信道輸出功率和鄰道無用信號(hào)的比，相對(duì)于主信道的輸出功率，鄰道的總輻射功率對(duì)于相鄰系統(tǒng)的吞吐量有更大的影響。對(duì)于OTAACLR指標(biāo)需要考慮空間的總輻射功率情況，其定義方式如下：其中：其中，EIRPd是有用信號(hào)的EIRp；p1和p2代表兩個(gè)不同的極化。其中，EIRPe是鄰道信號(hào)的EIRP；p1和p2代表兩個(gè)不同的極化。OTAALCR的指標(biāo)測(cè)試需要兼顧測(cè)試柵格和測(cè)試時(shí)間綜合考慮，目前對(duì)于5GNROTAALCR的測(cè)試方法3GPP正在討論中，對(duì)于MIMO產(chǎn)品，波束賦形后絕大部分能量都會(huì)集中在某一方向上，如果能夠獲得集中絕大部分能量的方向角度，且鄰道的能量在相同的方向角度范圍內(nèi)也集中了絕大部分能量，便可以將ACLR的考察范圍確定在一定的方向角度范圍內(nèi)，這也是減少測(cè)試時(shí)間的一種方案。(3)EVMOTAEVM的指標(biāo)是由廠家宣稱EVM方向范圍，基站需要在OTAEVM的宣稱范圍內(nèi)滿足EVM的性能指標(biāo)。對(duì)于OTAEVM的一致性測(cè)試，需要保證在最大控制方向和EVM范圍中心都滿足EVM的性能測(cè)試。OTAEVM的一致性測(cè)試范圍如圖5所示。圖5EVM測(cè)試點(diǎn)示意圖盡管3GPP定義的EVM的測(cè)試點(diǎn)和EIRP基本一致，是某一方向的點(diǎn)指標(biāo)，對(duì)于EVM來說，本文認(rèn)為有必要關(guān)注EVM范圍中心和宣稱最大控制方向的波束3B帶寬內(nèi)的指標(biāo)，以保證用戶不在波束發(fā)現(xiàn)方向時(shí)，仍能獲得符合指標(biāo)的信號(hào)質(zhì)量。(4)EISOTA的靈敏度指標(biāo)采用有效全向靈敏度(EIS)進(jìn)行定義，用于考察設(shè)備的極限接收能力。EIS是基于宣稱的一個(gè)或多個(gè)宣稱OTA靈敏度方向(OSDD)范圍，如果基站沒有OSDD目標(biāo)重定向功能，其OSDD的宣稱范圍可如圖6所示：圖6EIS測(cè)試點(diǎn)示意圖1如果系統(tǒng)具有目標(biāo)重定向功能，可宣稱更多范圍的OSDD靈敏度范圍。如圖7所示，有五個(gè)方向的到達(dá)角范圍。圖7EIS測(cè)試點(diǎn)示意圖2所以，EIS指標(biāo)和EIRP指標(biāo)相比，EIS是宣稱方向的宣稱范圍內(nèi)的指標(biāo)，而EIRP僅是宣稱方向的指標(biāo)。EIS的測(cè)量是非常耗時(shí)的，在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都需要通過迭代測(cè)量獲得EIS的值。(5)OTA參考靈敏度目前的OTA參考靈敏度指標(biāo)正在3GPP的eAAS中進(jìn)行討論，用于考察設(shè)備的抗阻塞接收能力，其定義的OTA靈敏度是基于和非AAS設(shè)備同樣的到達(dá)角范圍，OTA參考靈敏度(EISmin)的推動(dòng)公式目前有如下結(jié)論：EISmin=Prefsens-D0+LRX+Doff-peak(4)其中，LRX是設(shè)備內(nèi)部連接帶來的損耗；D0是和AAS站型具備相同覆蓋能力的非AAS基站的天線增益；Doff-peak是指標(biāo)余量。按照以上定義推導(dǎo)，EISmin基本等效于1個(gè)發(fā)射通道的OTA指標(biāo)，這一點(diǎn)和NROTA指標(biāo)定義設(shè)備整體的射頻指標(biāo)不一致，目前此內(nèi)容尚在討論階段，修改D0的定義，重新定義為D0是和AAS站型具備相同覆蓋能力的非AAS基站的天線的增益與多通道聯(lián)合接收增益的和，以實(shí)現(xiàn)EISmin代表整個(gè)系統(tǒng)的性能。(6)天線方向性目前的天線方向性并未寫入3GPP，原因主要是3GPP從未定義過天線指標(biāo)，天線指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)直接相關(guān)，難以定義。但是對(duì)于一套完成的AAU設(shè)備而言，不定義天線的方向性指標(biāo)，設(shè)備的輻射能力、組網(wǎng)能力的指標(biāo)將無從考察。因此，會(huì)繼續(xù)研究天線的方向性指標(biāo)的制定，并推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納。(7)小結(jié)如上所述，5G基站的OTA指標(biāo)更多是基于EIRP、TRP或EIS進(jìn)行定義，再延續(xù)傳導(dǎo)指標(biāo)定義方式的同時(shí)，引入方向性維度，將原有的單通道指標(biāo)轉(zhuǎn)變成設(shè)備整體指標(biāo)。OTA指標(biāo)目前尚未完成全部測(cè)試?yán)挠懻摚笜?biāo)也會(huì)變化和增加。3.2測(cè)試方法的選擇在傳導(dǎo)指標(biāo)向OTA指標(biāo)演進(jìn)的過程中，對(duì)于6GHz以下，傳導(dǎo)指標(biāo)和OTA的指標(biāo)將同時(shí)存在。實(shí)際上無需用兩種測(cè)量方式同時(shí)考察設(shè)備的性能，需根據(jù)設(shè)備指標(biāo)特點(diǎn)以及操作的便利性進(jìn)行選擇。本文主要針對(duì)表2中的8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行選擇分析。表2測(cè)試方案選擇cableOTA發(fā)射功率EIRP(G)ACLRTRPEVMEVM雜散雜散靈敏度EISsensitivityACSEISrefsens阻塞EISrefsens無天線指標(biāo)天線指標(biāo)作為設(shè)備的必測(cè)指標(biāo)，必須采用OTA測(cè)試，對(duì)于部分OTA指標(biāo)，可以隨著天線方向性指標(biāo)一起獲得，如ACLR、EIRP，同時(shí)也可以進(jìn)行EVM測(cè)試，但是EVM測(cè)試會(huì)影響測(cè)試效率。雜散指標(biāo)需要進(jìn)行傳導(dǎo)測(cè)試。對(duì)于上行，EISsensitivity比靈敏度更能體現(xiàn)設(shè)備的接收性能，優(yōu)先選擇OTA測(cè)試。對(duì)于ACS和阻塞指標(biāo)，目前OTA測(cè)試環(huán)境不具備，需要選擇傳導(dǎo)測(cè)試方案。(1)OTA測(cè)試方法分析目前主要存在三種OTA測(cè)試方案：近場(chǎng)測(cè)試方案、遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方案和遠(yuǎn)近場(chǎng)結(jié)合測(cè)試方案。1)近場(chǎng)測(cè)試方案分析近場(chǎng)測(cè)試方案是目前比較流行的無源天線測(cè)試方案。為了匹配有源設(shè)備測(cè)試，近場(chǎng)測(cè)試方案做了很多的研究、改造和試驗(yàn)工作。近場(chǎng)測(cè)試方案分為多探頭測(cè)試方案和單探頭測(cè)試方案，無論是哪種測(cè)試方案，都面臨著無法測(cè)試所有OTA測(cè)試?yán)膯栴}。主要問題是近場(chǎng)測(cè)試方案需要進(jìn)行遠(yuǎn)近場(chǎng)變換的過程，變換是基于幅度和相位進(jìn)行的，而非有用信號(hào)和有用信號(hào)擁有不同的幅度和相位，變換后無法精確地保留確切的信息。即使通過技術(shù)可以解決這一問題，對(duì)于非全向的指標(biāo)，如EIRP、EVM、EIS等定點(diǎn)或部分范圍指標(biāo)，基于變換需要，仍需要采集全向的數(shù)據(jù)信息，這一點(diǎn)將大大降低測(cè)量效率。近場(chǎng)EIS的測(cè)試項(xiàng)需要測(cè)試系統(tǒng)和待測(cè)設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，此通信接口的開放和標(biāo)準(zhǔn)化工作，也是近場(chǎng)測(cè)試方案研究和驗(yàn)證的一大障礙。2)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方案分析遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試方案是最直截了當(dāng)?shù)姆桨?，測(cè)試系統(tǒng)和待測(cè)設(shè)備間除了狀態(tài)類通信外，不需要數(shù)據(jù)類通信。相比近場(chǎng)，遠(yuǎn)場(chǎng)對(duì)于場(chǎng)地尺寸要求比較大。目前有很多遠(yuǎn)場(chǎng)已建，所以場(chǎng)地的尺寸并不影響遠(yuǎn)場(chǎng)方法的應(yīng)用。遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)不同，結(jié)果數(shù)據(jù)是直接獲得的，不需要進(jìn)行變換，可以靈活地根據(jù)不同測(cè)試項(xiàng)的角度需求，定制設(shè)置角度，節(jié)省時(shí)間。比如天線方向性指標(biāo)，需要測(cè)試全向指標(biāo)，對(duì)于EIRP、EVM、EIS等定點(diǎn)指標(biāo)，僅測(cè)試部分點(diǎn)的指標(biāo)即可，不需要進(jìn)行全向測(cè)試，可以大大地節(jié)省測(cè)試時(shí)間。遠(yuǎn)場(chǎng)還需要進(jìn)一步提高全方向測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試效率，加強(qiáng)轉(zhuǎn)臺(tái)的靈活度，采用多維度可旋轉(zhuǎn)、平移轉(zhuǎn)臺(tái)，提高測(cè)試的轉(zhuǎn)速，合理優(yōu)化轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方式等方式都可以提高效率。如圖8所示。圖8遠(yuǎn)場(chǎng)多維度轉(zhuǎn)臺(tái)3)近遠(yuǎn)場(chǎng)組合測(cè)試方案分析近遠(yuǎn)場(chǎng)組合測(cè)試方案是指同一場(chǎng)地支持遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)兩種測(cè)試系統(tǒng)，部分測(cè)試項(xiàng)在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，部分測(cè)試項(xiàng)在近場(chǎng)測(cè)試，兩種測(cè)試系統(tǒng)共享同一安裝轉(zhuǎn)臺(tái)，無需二次拆卸、安裝和調(diào)制設(shè)備。這一方案既擁有近場(chǎng)在部分全方向測(cè)試項(xiàng)高效的優(yōu)點(diǎn)，又擁有部分測(cè)試項(xiàng)在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試直截了當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，在兼具了兩個(gè)場(chǎng)地優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又避免了設(shè)備在兩個(gè)場(chǎng)地之間拆卸、安裝和調(diào)試的麻煩。這一方案的不足是對(duì)于場(chǎng)地的要求比遠(yuǎn)場(chǎng)還要稍大一些，兩種方案在一個(gè)場(chǎng)地之間的屏蔽需要謹(jǐn)慎的處理，轉(zhuǎn)臺(tái)需要特別的設(shè)計(jì)以適用兩個(gè)場(chǎng)地，甚至需要增加導(dǎo)軌，成本比較高。(2)小結(jié)對(duì)于上面介紹三種方案和已經(jīng)實(shí)施的遠(yuǎn)場(chǎng)+近場(chǎng)的測(cè)試方案，從可行性、優(yōu)缺點(diǎn)、難度等方面進(jìn)行比較分析，如表3所示。表3測(cè)試方案比較方案Sub6GmmW可行性優(yōu)點(diǎn)&難點(diǎn)難度傾向性可行性方案一：全近場(chǎng)方案中優(yōu)點(diǎn)：部分用例效率高；高低低難點(diǎn)難度在于測(cè)量方案的設(shè)計(jì)很可能部分射頻指標(biāo)EVM、EIS等無法測(cè)試方案二：全遠(yuǎn)場(chǎng)方案中優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量方案簡(jiǎn)單；低中低難點(diǎn)場(chǎng)地大在提高效率方面轉(zhuǎn)臺(tái)和探頭的設(shè)計(jì)是深入研究的方向方案三：近遠(yuǎn)場(chǎng)組合方案中優(yōu)點(diǎn)：在同一場(chǎng)地能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)場(chǎng)地的功能；中中難相干擾方案四：遠(yuǎn)場(chǎng)+近場(chǎng)已具備優(yōu)點(diǎn)：已具備測(cè)試能力；低難點(diǎn)：測(cè)試效率低，需要場(chǎng)地切換，花費(fèi)大量時(shí)間注：目前OTA測(cè)試方案一到方案三均不具備可行性，各有難度，近期需要同時(shí)推進(jìn)。對(duì)于毫米波，隨著設(shè)備的口徑變小，即使是遠(yuǎn)場(chǎng)，對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)的尺寸要求也變小了很多，遠(yuǎn)場(chǎng)方案的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。4結(jié)論本文在分析5G低頻基站架構(gòu)及高頻基站架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了幾種5G基站測(cè)試方案，并從可行性、優(yōu)缺點(diǎn)、難度等方面對(duì)幾種方案進(jìn)行比較分析。和4G基站相比，5G的基站架構(gòu)、測(cè)試指標(biāo)和測(cè)試方法都有巨大的變化，很多問題已經(jīng)明確化，如室外宏站采用多通道站架構(gòu)、測(cè)試向OTA方向演進(jìn)等。但仍有一些問題需要繼續(xù)研究、推動(dòng)，需要進(jìn)行大量的分析、驗(yàn)證工作，并且需要運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、暗室廠商、測(cè)量方案解決商和儀表商的共同努力。引用格式：張瑞艷，邵哲.5G基站架構(gòu)與測(cè)試方案研究[J].移動(dòng)通信，2017，41(19)：76-83.參考文獻(xiàn)：[1]呂婷，曹亙，李軼群，等.基站架構(gòu)及面向5G的演進(jìn)研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2017(8)：46-50.[2]周宏成.基于分布式基站的5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案[J].電子科學(xué)技術(shù)，2017，4(4)：125-128.[3]詹建.5G通信測(cè)試技術(shù)挑戰(zhàn)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2017，36(5)：103-106.[4]屠方澤.5G面臨的測(cè)試挑戰(zhàn)及解決方案[J].電子產(chǎn)品世界，2017，24(5)：18-19.[5]王巍，劉愔.5G高頻關(guān)鍵技術(shù)及測(cè)試性能分析[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2016(11)：10-14.[6]張建敏，謝偉良，楊峰義.5G超密集組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)[J].電信科學(xué)，2016，32(6)：36-43.[7]李峰.5G毫米波和超寬帶信號(hào)的驗(yàn)證和測(cè)試[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2015(5)：80-86.[8]張洋，孫長(zhǎng)印，劉毓，等.5G超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合虛擬波束形成的小區(qū)選擇算法[J].傳感器與微系統(tǒng)，2016(1)：139-141.[9]