基于5G NR基站的新一致性测试挑战方案

5G 新无线电 （NR） 正在世界各地部署，为无线通信提供更快的数据速率和前所未有的可靠性。新的一致性测试已经出现，以确保基站能够兑现这些承诺。

一致性测试是基站生命周期的重要组成部分，需要很好地理解第三代合作伙伴计划 （3GPP） 规范。由于每年对网络基础设施的投资高达 400 亿美元，移动网络运营商 （MNO） 需要确保他们选择在其网络中实施的基站符合 5G 标准。

技术演进进一步增加了基站一致性测试的重要性。由于缺少带有 5G 毫米波 （mmWave） 单元的天线连接器，5G 打开了一个潘多拉魔盒。空中 （OTA） 测试给网络设备制造商 （NEM） 和 MNO 的研发 （R&D）、集成和验证工程师带来了许多挑战，他们处理小型蜂窝、宏蜂窝和开放无线电接入网络 （O- RAN）组件。

5G引入新基站

随着 5G NR 的出现，根据频率范围和设备的天线配置定义了新的基站类型。这四种类型表示为：1-C、1-O、1-H 和 2-O。数字表示频率范围。频率范围 1 （FR1） 涵盖 450 MHz 至 7.125 GHz，而频率范围 2 （FR2） 指的是 24.25 GHz 至 52.6 GHz 的毫米波频谱。

“C”指的是带有天线连接器的基站。1-C 型基站使用传导方法进行测试，例如用于 3G 和 4G 的传统蜂窝基站。“O”是指没有天线连接器的基站。这些单元的所有测试都必须在辐射类型的测试中通过空中完成。“H”是指一种混合方法，其中一些天线连接器可在系统中的模块和基站组件中的集成天线之间访问。5G 基站需要为空间复用和波束成形等应用支持越来越多的信道。即使在 FR1 中，集成度也在不断提高。市场正朝着更多的 1-O 型基站发展。

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

3GPP 提供必要的一致性测试文件

基站一致性测试从 3GPP 规范开始。3GPP 技术规范 （TS） 38.104 和 38.141 是 5G 基站一致性测试的必要文件。3GPP TS 38.104为传导和辐射基站提供了最低要求。该规范涵盖了发射机和接收机特性，以及接收机性能。

3GPP TS 38.141包括38.141-1用于进行基站和38.141-2为辐射单元。这些文件定义了测试要求，为测试容差提供了宽松的规范，并包括确保符合 TS 38.104 中概述的要求的测试方法。此外，这些文档引用了其他 3GPP 文档，这些文档提供了与一致性测试相关的附加上下文和背景。这些文档中的每一个都可能有数百页长，了解所有细节以确保正确遵守 3GPP 规范至关重要。

基站一致性测试按章节组织。第 6 章介绍发射机特性，包括发射机的典型参数，如输出功率、信号质量和带外 （OOB） 发射。第 7 章涵盖了接收器方面，例如灵敏度、动态范围、选择性和阻塞特性等参数。

第 8 章重点介绍接收机性能，包括对从用户设备到基站的上行链路信道的测试——物理上行链路共享信道 （PUSCH）、物理上行链路控制信道 （PUCCH） 和物理随机接入信道 （PRACH）。

此外，参与 5G 基站一致性测试的任何人还应查看第 4 章。本章涵盖制造商声明，这些声明定义了基站类型、类别和基本 RF 属性，如频率范围、带宽和输出功率，以及提供辐射基站的波束配置，包括波束宽度、方向和数量。每个测试用例都有一个独特的信号配置，源自制造商的声明。

不同的配置处理不同的测试用例

第 6、7 和 8 章测试适用于所有基站，无论其类型如何，但传导单元和辐射单元的测试方法不同。

您可以使用简单的测试设置来执行大多数发射机测试，该设置由连接到频谱分析仪的基站组成（图 2）。无论是误差矢量幅度 （EVM）、相邻信道功率比 （ACPR） 还是杂散发射，基站上的每个端口都针对所有特性单独进行测试。

图 2大多数发射机测试用例使用简单的测试设置，包括基站和频谱分析仪。

不过，某些发射机测试用例需要不同的配置。例如，时间校准是一个对空间复用和载波聚合场景很重要的测试用例，需要同时测量所有天线端口。您可以通过将所有信号合并到一根电缆中，使用单个频谱分析仪执行此测试。您可以使用此技术进行时间对齐测量，因为解调参考信号在时间和频率上是正交的，可以进行准确的定时测量。然而，在空间复用的情况下数据不是正交的，并且使用该技术不可能恢复数据有效载荷。发射机互调测试还涉及不同的配置，使用一个源将干扰信号注入发射机。

测试基站的接收器需要信号发生器来提供计量级参考信号。一些测试需要不同频率和幅度配置的多个信号。这就是互调和阻塞测试的情况，其目标是确定接收器是否可以在存在与有用信号具有特定频率关系的更高功率阻塞信号的情况下正确解调非常低功率的“有用”信号（图 3 ）。通常，这需要两个信号发生器，因为有用信号和干扰信号之间的动态范围很大，并且在 RF 上组合这些信号。基站的每个端口都与其他端口分开测试。

图 3接收机互调测试在测试设置中使用多个源来生成干扰信号。

不过，接收机杂散发射测试需要不同的设置。它将频谱分析仪连接到基站的接收端口，以测量来自接收器端口的发射并确保它们在 3GPP 指定的水平下。

在接收机性能测试方面，测试设置可能比发射机和接收机特性复杂得多。最复杂的配置是针对 PUSCH 测试用例。该设置同时激励所有基站端口，以确保基站能够以非常低的信噪比 （SNR） 恢复高度衰落的信号，这些信号是通过添加加性高斯白噪声 （AWGN） 来模拟的。

这个测试也很困难，因为基站需要解调每一个传输数据块，并向测试设备提供混合自动重传请求（HARQ）反馈，但没有标准接口用于此。此外，设置需要参考和帧触发以确保测试设备和基站之间的对齐。其中一些测试还需要 2 层空间复用多输入/多输出 （MIMO） 信号。

辐射测试带来更多挑战

辐射测试将基站一致性测试提升到一个全新的水平，将基站放置在一个室内并用天线替换电缆。接收信号的探头天线必须离基站足够远，以便在远场中进行测量，在远场中辐射波变成平面波。由于各种原因，执行得太近的测量可能会导致不准确。结果，测试室会变得非常大，这取决于天线的尺寸和频率。

例如，28 GHz 频率下 15 cm 的天线尺寸需要在远场中考虑基站和探测天线之间至少 4.2 m（图 4）。路径损耗是毫米波频率的另一个问题。它比FR1高得多。损耗发生在基站和探测天线之间的距离上，从探测天线到频谱分析仪还有额外的电缆损耗需要解决。

图 4 28 GHz 的 15 厘米天线需要基站和探测天线之间的距离为 4.2 m。该设置会产生 79 dB 的总信号损耗，包括 73 dB 的 OTA 损耗和 6 dB 的电缆损耗。

针对输出功率和 ACPR 等某些方面的辐射测试也为基站一致性测试带来了新的变化。总辐射功率 （TRP） 涉及从所有可能的方向进行测量。基站安装在定位器上，可旋转所有方位角和仰角，从而需要进行数千次测量。3GPP 提供了一系列关于执行 TRP 测量的可能方式的测量网格。有些方法更适合特定的测量，但是 3GPP 并没有要求任何测量都使用特定的网格模式。最终，由供应商来确保符合 3GPP 规范。

OOB 杂散发射测试特别难以通过空中进行，因为测试设置需要覆盖从 30 MHz 到 60 GHz 的广泛频率或 FR2 设备的二次谐波，以较低者为准。频谱分析仪可以轻松覆盖该频率范围，但您不会找到以合适的天线模式和增益覆盖整个范围的探头天线，这需要使用多个带状探头天线，因此也需要某种切换矩阵。开关矩阵会增加天线和分析仪之间的损耗，需要使用低噪声放大器 （LNA）。OOB 杂散发射测试还需要滤波器来捕获低电平杂散信号。使用所有这些组件增加了测试设置的复杂性，也增加了校准的需求。

尽管具有挑战性，但这些问题并非不可克服。存在解决方案，但由于 5G 基站的类型多种多样，因此没有一种适用于所有情况。图 5提供了 OTA 基站一致性测试解决方案的示意图，这是最复杂的情​​况。该解决方案涵盖第 6、7 和 8 章中的所有 3GPP 测试用例，并使用制造商的声明来定义每个测试的配置。它具有与信号发生器和信号分析仪通信的接口以及与被测基站通信的应用程序编程接口 （API）。

图 5 OTA 测试用例的一致性测试架构比传导测试复杂得多。

简化 5G 基站一致性测试

新的基站类型已经出现以兑现 5G 的承诺，并带来新的一致性测试，如 3GPP 规范中所述。各种测试用例需要不同的配置，从仅使用基站、电缆和频谱分析仪的简单传导设置到用于接收器性能测试和 OTA 测试用例的更复杂配置。有助于解释 3GPP 规范、简化测试设置并自动生成测试计划的解决方案有助于更快地克服这些挑战。

有关 5G 挑战和基站解决方案的更多信息，请访问是德科技的5G 网络设备制造商页面。网络研讨会3GPP gNB 一致性测试概述、挑战、新 gNB 测试解决方案提供了 5G 基站一致性测试设置的演练。

Jessy Cavazos是是德科技行业解决方案营销团队的一员。

编辑：hfy