5G基站架構(gòu)與測試方案研究（下）

5G基站架構(gòu)與測試方案研究（下）

測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)行測試，機(jī)械安裝上的誤差和波束賦形的誤差都會帶來測試誤差(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的比，相對于主信道的輸出功率，鄰道的總輻射功率對于相鄰系統(tǒng)的吞吐量有更大的影響。對于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是有用信號的EIRp；p1和p2代表兩個不同的極化。其中，EIRPe是鄰道信號的EIRP；p1和p2代表兩個不同的極化。OTAALCR的指標(biāo)測試需要兼顧測試柵格和測試時間綜合考慮，目前對于5GNROTAALCR的測試方法3GPP正在討論中，對于MIMO產(chǎn)品，波束賦形后絕大部分能量都會集中在某一方向上，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)，這也是減少測試時間的一種方案。(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)。對于OTAEVM的一致性測試，需要保證在最大控制方向和EVM范圍中心都滿足EVM的性能測試。OTAEVM的一致性測試范圍如圖5所示。圖5EVM測試點(diǎn)示意圖盡管3GPP定義的EVM的測試點(diǎn)和EIRP基本一致，是某一方向的點(diǎn)指標(biāo)，對于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，仍能獲得符合指標(biāo)的信號質(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是基于宣稱的一個或多個宣稱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，有五個方向的到達(dá)角范圍。圖7EIS測試點(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的測量是非常耗時的，在每個測試點(diǎn)都需要通過迭代測量獲得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，會繼續(xù)研究天線的方向性指標(biāo)的制定，并推動標(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，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試?yán)挠懻?，指?biāo)也會變化和增加。3.2測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，對于6GHz以下，傳導(dǎo)指標(biāo)和OTA的指標(biāo)將同時存在。實(shí)際上無需用兩種測量方式同時考察設(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。本文主要針對表2中的8個指標(biāo)進(jìn)行選擇分析。表2測試方案選擇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)備的必測指標(biāo)，必須采用OTA測試，對于部分OTA指標(biāo)，可以隨著天線方向性指標(biāo)一起獲得，如ACLR、EIRP，同時也可以進(jìn)行EVM測試，但是EVM測試會影響測試效率。雜散指標(biāo)需要進(jìn)行傳導(dǎo)測試。對于上行，EISsensitivity比靈敏度更能體現(xiàn)設(shè)備的接收性能，優(yōu)先選擇OTA測試。對于ACS和阻塞指標(biāo)，目前OTA測試環(huán)境不具備，需要選擇傳導(dǎo)測試方案。(1)OTA測試方法分析目前主要存在三種OTA測試方案：近場測試方案、遠(yuǎn)場測試方案和遠(yuǎn)近場結(jié)合測試方案。1)近場測試方案分析近場測試方案是目前比較流行的無源天線測試方案。為了匹配有源設(shè)備測試，近場測試方案做了很多的研究、改造和試驗工作。近場測試方案分為多探頭測試方案和單探頭測試方案，無論是哪種測試方案，都面臨著無法測試所有OTA測試?yán)膯栴}。主要問題是近場測試方案需要進(jìn)行遠(yuǎn)近場變換的過程，變換是基于幅度和相位進(jìn)行的，而非有用信號和有用信號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)將大大降低測量效率。近場EIS的測試項需要測試系統(tǒng)和待測設(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，也是近場測試方案研究和驗證的一大障礙。2)遠(yuǎn)場測試方案分析遠(yuǎn)場測試方案是最直截了當(dāng)?shù)姆桨?，測試系統(tǒng)和待測設(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，遠(yuǎn)場對于場地尺寸要求比較大。目前有很多遠(yuǎn)場已建，所以場地的尺寸并不影響遠(yuǎn)場方法的應(yīng)用。遠(yuǎn)場與近場不同，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)不同測試項的角度需求，定制設(shè)置角度，節(jié)省時間。比如天線方向性指標(biāo)，需要測試全向指標(biāo)，對于EIRP、EVM、EIS等定點(diǎn)指標(biāo)，僅測試部分點(diǎn)的指標(biāo)即可，不需要進(jìn)行全向測試，可以大大地節(jié)省測試時間。遠(yuǎn)場還需要進(jìn)一步提高全方向測試項的測試效率，加強(qiáng)轉(zhuǎn)臺的靈活度，采用多維度可旋轉(zhuǎn)、平移轉(zhuǎn)臺，提高測試的轉(zhuǎn)速，合理優(yōu)化轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)方式等方式都可以提高效率。如圖8所示。圖8遠(yuǎn)場多維度轉(zhuǎn)臺3)近遠(yuǎn)場組合測試方案分析近遠(yuǎn)場組合測試方案是指同一場地支持遠(yuǎn)場和近場兩種測試系統(tǒng)，部分測試項在遠(yuǎn)場測試，部分測試項在近場測試，兩種測試系統(tǒng)共享同一安裝轉(zhuǎn)臺，無需二次拆卸、安裝和調(diào)制設(shè)備。這一方案既擁有近場在部分全方向測試項高效的優(yōu)點(diǎn)，又擁有部分測試項在遠(yuǎn)場測試直截了當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，在兼具了兩個場地優(yōu)點(diǎn)的同時，又避免了設(shè)備在兩個場地之間拆卸、安裝和調(diào)試的麻煩。這一方案的不足是對于場地的要求比遠(yuǎn)場還要稍大一些，兩種方案在一個場地之間的屏蔽需要謹(jǐn)慎的處理，轉(zhuǎn)臺需要特別的設(shè)計以適用兩個場地，甚至需要增加導(dǎo)軌，成本比較高。(2)小結(jié)對于上面介紹三種方案和已經(jīng)實(shí)施的遠(yuǎn)場+近場的測試方案，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)難度在于測量方案的設(shè)計很可能部分射頻指標(biāo)EVM、EIS等無法測試方案二：全遠(yuǎn)場方案中優(yōu)點(diǎn)：測量方案簡單；低中低難點(diǎn)場地大在提高效率方面轉(zhuǎn)臺和探頭的設(shè)計是深入研究的方向方案三：近遠(yuǎn)場組合方案中優(yōu)點(diǎn)：在同一場地能夠?qū)崿F(xiàn)兩個場地的功能；中中難相干擾方案四：遠(yuǎn)場+近場已具備優(yōu)點(diǎn)：已具備測試能力；低難點(diǎn)：測試效率低，需要場地切換，花費(fèi)大量時間注：目前OTA測試方案一到方案三均不具備可行性，各有難度，近期需要同時推進(jìn)。對于毫米波，隨著設(shè)備的口徑變小，即使是遠(yuǎn)場，對于遠(yuǎn)場的尺寸要求也變小了很多，遠(yuǎn)場方案的優(yōu)勢會更加明顯。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基站測試方案，并從可行性、優(yōu)缺點(diǎn)、難度等方面對幾種方案進(jìn)行比較分析。和4G基站相比，5G的基站架構(gòu)、測試指標(biāo)和測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，需要進(jìn)行大量的分析、驗證工作，并且需要運(yùn)營商、設(shè)備商、暗室廠商、測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)與測試方案研究[J].移動通信，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通信測試技術(shù)挑戰(zhàn)[J].國外電子測量技術(shù)，2017，36(5)：103-106.[4]屠方澤.5G面臨的測試挑戰(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的驗證和測試[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2015(5)：80-86.[8]張洋，孫長印，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]