回顾通信行业的发展,当 3G 转向 4G 时,由于频率覆盖、传播和许多其他参数的相似性,更新转换比较容易。但当通信发展到 5G 之时,业界发现相对于 4G,5G 在这些方面都发生了变化。而这些变化的出现,就意味着相关技术要面临着一场全面的革新。

 

在这场技术的交替中,5G 对测试测量行业又会产生哪些影响?

从广义上看,5G 核心测试包括:5G 网络架构改变带来的测量技术创新、5G 新空口技术测量、5G 需求产生的新设备测量、新的应用测量、现场测试以及适合 5G 新技术的测试测量方法设计。

 

具体来看,由 5G 网络架构的改变,而产生新的传输网络需要改变适配 5G 业务的需求。由此所带来的延时问题和同步问题是 5G 测试首要解决的问题。这对于测试测量设备来说,就需要高精度的测试精度(ns 级)、要支持单向时延。需要在更多的网络测试,更复杂的网络维护下,同时也要保障精准的时间测量。

 

同时,为了避免大量传播损耗,5G 需要采用波束成形子系统和天线阵列。测试新的波束成形 IC 需要采用 快速可靠的多端口测试方案。这些测试方案必须测试每条路径的信号增益和相位控制,以确保适当的信号细窄 / 尖锐程度(level tapering)和相位调整,从而减少旁瓣和正确控制波束的方向。

 

基于以上原因,使得 5G 测试方案开始朝着毫米波方向设计。因此,NI 认为,本振引入的系统相位噪音会成倍增加,甚可能占据主导地位,从而给组件测试带来了极大的挑战。测试仪器必须在 FR1 和 FR2 范围内均提供足够的动态范围,以分析和验证这两个 5G 频段内的组件性能是否一致。

 

(根据 3GPP R15 版本的定义,5G NR 包括了两大频谱范围,图片来源:鲜枣课堂)

 

但是,在实践的过程中,业界又遇到了新的难题——伴随着集成度的增加以及小型化的趋势,使得许多波束形成系统不再适用天线连接器。而是采用天线整合芯片(AoC)和封装天线(AiP)设备来实现毫米波频率下的波束成形,但这种设备没有可用的 RF 测试端口,迫使业界亟需寻找可以使用 OTA 辐射测试方法来进行设备特性分析的测试系统。

 

在射频测试中,OTA 测试是指由测量天线接收然后再将信号传入测试仪表的方法。OTA 测试一般为了避免空间干扰信号与多径,会在吸波暗室中进行。但是,由于在 5G 频率更容易受到环境条件影响而出现传播损耗,因此 OTA 测试的一致性可能更差。同时,由于传导耦合测试无法在没有离散连接点的情况下执行,因此将需要更频繁地进行 OTA 测试。

 

具体来看,有三大类不确定因素影响着 OTA 测试的准确性:


1. 系统误差:系统误差通常来自测试设备和测试仪器,可能因为这些仪器未正确校准或出现持续 偏移。此外,也有可能是因为用户没有正确操作仪器。

 

2. 校准测量误差:OTA 系统的许多组成部分都存在着相关的挑战,比如控制静区的质 量;正确放置参考和测量天线以确保正确的对齐和距离(远场);消除驻波和互耦;以及准确地确定天线的绝对增益。

 

3.DUT 测量误差:如上所述,针对不同的 DUT 使用正确的测量网格密度有助于获得更可靠的结果。同样可提高结果可靠性的方法有:采用严格的步骤来确保定位器上的 DUT 始终与测量天线维持相同的距离和角度;通过所有连接器接口控制任何信号泄漏。

 

为了减小 OTA 测量不确定性,很多设备厂商将不确定性来源分离到系统子组件中。这些子组件包括,测量设备、 暗室、定位器以及测量和基准天线。

 

对此, NI 推出了用于特性分析和验证任务的模块化测试平台——PXI 系统。据介绍,它与最新的 5G NR PHY 层要求保持同步,包含了构建多通道测试系统所需的测量科技和瞬时带宽这些基于 PXI 的测试系统可以使用 PXIe-5840 矢量信号收发仪(VST)测量 FR1 频段的 5G NR 宽分量载波或载波聚合信号,也可以使用毫米波矢量信号收发仪(mmWave VST)对 FR2 频段进行测量。该解决方案结合了数十个双向 RF 端口,可直接用于 5G 测试。