毫米波终端测试方案 - 5G毫米波频谱划分 毫米波终端技术测试方案分析

4、毫米波终端测试方案分析

目前LTE终端的实验室测试主要使用传导连接，使用射频馈线将被测设备和测试仪表连接，这种测试方案对场地要求不高，受外界干扰较小。但随着毫米波终端侧的大规模天线阵列的使用，终端的无线收发器都将集成到天线形成天线模块，未来毫米波终端可能不会存在射频测试端口，而且高频率下进行耦合带来的高插损等因素使传统的传导连接测试的方案更不可行，因此OTA（Over The Air）测试将成为毫米波终端测试的主流方案。

OTA测试可直接测试设备的整体辐射性能，能够对设备的整机性能进行测试，能够更真实地反映设备的实际性能，但测试需要在微波暗室进行，对于测试的场地要求较为严格，测试费用昂贵。

图2：OTA测试的暗室

目前LTE OTA和MIMO OTA的研究已经较为深入，但毫米波的OTA研究还处于起步阶段，有关毫米波OTA测试的标准立项已经在CCSA开始讨论。下图3是LTE OTA测试系统的示意图，未来毫米波终端OTA测试的方案预计会参考LTE OTA测试的系统，但由于毫米波工作频率和主动天线阵技术等应用，未来毫米波OTA测试在技术上将进行一些改进。

OTA测试作为毫米波终端测试的必选方案，将面临以下挑战：

1）毫米波新型吸波材料。由于传统的软质海绵吸波材料在物理性能可电性能上存在缺陷，无法完全满足5G毫米波测量的要求。因此研究并开发更适合于毫米波暗室的吸波材料将会是毫米波OTA测试的关键。

2）OTA测试远场测量条件。OTA测试根据测试场类型可以分为近场和远场测试。通常对于天线辐射性能的测试，测试接收天线一般置于远场，此时电磁辐射属于平面波，场的相对角分布与离开天线的距离无关，大小与离开天线的距离成反比，天线方向图主瓣、副瓣和零值点已全部形成。而在近场接收天线可能会和发射天线会由于电容和电感的耦合作用互相干扰，造成错误的结果。远场的判定条件是被测件与测量天线间的距离要大于2D2/λ，其中D为测量天线的直径，λ为波长，由于毫米波段波长很短，因此天线远场的距离较大，以30GHz频段，测量天线直径为0.2m为例，远场的距离将达到80m，暗室难以达到如此大的尺寸，并且测试距离的增加还会增加被测终端到测量天线间的路径损耗，会进一步降低测试系统的灵敏性和准确性。为解决毫米波远场条件的问题，我们可以通过紧缩场法缩短测量距离，或者采用中区场测量的方式来代替远场测量。

紧缩场法：其通常采用一个抛物面金属反射板，将测量天线发送的球面波经反射面反射形成平面波，在一定远距离处形成一个良好的静区。将天线安置在静区内，测量天线的远场特性，其类似于远场测量，只是缩短测量距离，便于在理想远场环境（暗室）下进行测量。紧缩场天线测量系统能在较小的微波暗室里模拟远场的平面波电磁环境，利用常规的远场测试设备和方法对天线的辐射性能进行测试。

中区场法：中区场（菲涅尔区）的距离计算方式为0.63，同样以30GHz频段，测量天线直径为0.2m为例，中区场的距离只有1.26m，普通的暗室尺寸也能满足需求，因此可以在系统层面上，研究新的中区场测量理论与场源重构方法，用中区场来代替远场进行OTA测试。

图3：LTE和毫米波测试系统示意图

5、国内毫米波终端商用计划分析

国内有关5G相关的研究和测试正如火如荼地进行，但是相比于欧美，我国在6GHz以下的低频段尚有较多可用的频谱资源，包括3.3-3.6 GHz，4.8-5 GHz以及部分重耕的频谱，因此我国对于毫米波的需求并不是很迫切。从产业链各方的路标来看，国内5G的首发频段应该为6GHz以下的低频段。

目前毫米波相关的研究尚处于起步阶段，5G毫米波频谱划分还需进一步确定。预计到2020年，才会有正式的5G毫米波终端出现。在5G商用的初期，主要会以6GHz以下低频基站为主，国内5G毫米波终端的大规模商用预计还需要较长的一段时间才能实现。

6、结束语

本文介绍了全球毫米波的划分情况，总结了毫米波终端在技术实现上将会遇到的挑战及困难，毫米波终端将布置更多的天线形成天线模块，同时在射频前端制造工艺上，高频特性更好的材料将被开发和应用。最后对毫米波终端OTA测试的情况及毫米波终端商用情况进行了分析。毫米波技术作为5G关键技术之一，必将在即将到来的5G时代得以重用，毫米波终端相关的研究和测试工作也将不断提速，为毫米波的商用奠定基础。