5G基站关键射频参数的测量_暗记_旗子

基站是5G无线接入网络中的主要节点，其射频性能与5G网络覆盖范围、做事质量等指标高度干系。
本文详细先容了5G基站的射频测试标准和方法，给出了射频传导测试方法以及测试环境构建中的把稳事变。

一、概述

基站作为网络接入的关键设备，其射频性能的利害直接关系到网络容量、覆盖范围、吞吐量等指标，与用户体验息息相关。
5G基站紧张用于供应5G空口协议功能，支持与用户设备、核心网之间的通信。
按照逻辑功能划分，5G基站可分为5G基带单元(CU/DU)与5G射频单元(RU)，二者之间可通过CPRI(Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口)或eCPRI(enhanced Common Public Radio Interface，增强型通用公共无线电接口)接口连接。

5G基站的射频性能测试分为传导测试(Conducted)和空口辐射(Radiated或者OTA，Over The Air)测试两类。
从射频测试的物理连接的角度，5G基站可以分为1-C、1-H、1-O、2-O四种类型。

基站类型

事情频段

特性

测试哀求

1-C

FR1

基站与天线通过天线连接器连接

传导测试

1-H

FR1

基站与天线是一体化的，通过多个TAB连接器连接

传导测试与OTA测试

1-O

FR1

基站与天线是一体化的，不可拆卸

OTA测试

2-O

FR2

基站与天线是一体化的，不可拆卸

OTA测试

注：TAB(Transceiver Array Boundary，收发信机阵列边界)

目前5G基站射频同等性测试标准紧张有3GPP制订的国际标准和中国通信标准化协会(CCSA)订定的海内通信行业标准。
3GPP组织制订的5G基站射频同等性标准包括：射频技能哀求(38.104)、射频传导测试方法(38.141-1)和射频OTA测试方法(38.141-2)，是基站射频指标的基本哀求。

海内5G基站的行业标准包括《5G数字蜂窝移动通信网6GHz以下频段基站设备技能哀求》和《5G数字蜂窝移动通信网6GHz以下频段基站设备测试方法》两本。

二、发射机测试

发射机的射频传导测试包括如下图所示。

①基站输出功率项目紧张测试基站在常温环境和极限环境下输出功率的准确性和稳定性，评估基站在不同环境永劫光事情的性能。

②输出功率动态范围项目紧张测试基站在最大功率输出模式和最小功率输出模式下的准确性，以担保在满负荷和最低负荷时均能进行准确的旗子暗记传输。

③发射机开/关功率测试项仅针对TDD(Time Division Duplexing，时分双工)制式的基站，紧张测试在收发时隙切换的过程中，时隙开关打开和关闭的机遇掌握是否符合哀求，以及时隙开关关闭后的底噪是否符合哀求。

④旗子暗记质量测试包含频率偏差、调制质量和韶光对齐偏差三个子项目，紧张测试发射旗子暗记在频域、时域、调制域上的准确度。

⑤非期望辐射包含占用带宽、邻道抑制比、频谱发射模板、发射机杂散四个项目，紧张担保基站发射旗子暗记时不对事情频带内或带外其他频段产生影响。

⑥发射机互调项目紧张稽核发射机抑制自身旗子暗记与滋扰旗子暗记产生非线性产物的能力。
当有滋扰旗子暗记注入天线连接器时，滋扰旗子暗记会与基站自身发射的旗子暗记产生非线性产物，该非线性产物可能会滋扰其他频率的发射旗子暗记或吸收旗子暗记。
滋扰旗子暗记来源可能是共址基站的共址发射互调，也可能是本基站其他发射单元的系统内发射互调。

2.1测试平台搭建和基本操作

2.1.1测试平台

测试平台如下图所示，频谱仪和配备的5G旗子暗记解调选件是发射机测试的紧张设备，待测基站通过衰减器或者滤波器、限幅器与频谱仪射频输入端口相连，以保护频谱仪不被大功率旗子暗记破坏。
测试过程中，为防止外界滋扰对测试结果的影响，也可将测试系统搭建在屏蔽室中。
根据测试须要，将被测基站的参考时钟、触发同步旗子暗记通过线缆连接至旗子暗记剖析仪，并在旗子暗记剖析仪上进行外部时钟、外部触发的相应设置，并采取单次解调丈量的办法，使旗子暗记剖析仪的解调更加准确、可读。

图2.1发射机测试平台

发射机测试的基本流程如下：

①按照搭建测试链路，将基站天线连接器通过射频线缆经得当的衰减器连接至旗子暗记剖析仪；

②配置基站按照最低事情频率、最大事情带宽、测试模式(test model)发射旗子暗记；

③在旗子暗记剖析仪上，利用信道功率(channel power)丈量模式读取基站发射功率的数值和邻道抑制比的数值，利用SEM模式完成频谱发射模板的测试，利用调制剖析模式完成EVM和频率偏差测试，等等。

④变动基站的测试模式，完成该模式对应项目的测试。

⑤变动基站事情的频率、带宽，重复进行步骤③、④，直到完成所有频率、带宽、测试模式的测试项目。

2.1.2 Test Model旗子暗记

3GPP 38.141中定义了不同测试项目所需的不同测试模版旗子暗记(Test Model)，并以数字编号，下面列举了常用的三种Test Model旗子暗记用于哪些测试项目

Test Model 1.1：

Test Model 3.1/3.1a：

Test Model 2/2a：

2.1.6 5G旗子暗记通用解调设置

手动操作步骤：

①选择并启动5GNR解调测试软件

②设置中央频率

③选择基本旗子暗记参数和调制办法，也可以直接调用Test Model

④设置参考电平，补偿外部衰减

⑤开启“忽略DC子载波”功能(“DC打孔”)

⑥PDSCH的时频资源的配置可以选择自动检测

2.2发射功率测试

2.2.1最大发射功率

基站发射机会设计一个最大发射功率以进行区域覆盖。
5G基站最大发射功率实测最大发射功率应在TS38.141-6.2.1章节所规定的指标范围之内，极度情形下不超过指标±3.2-3.5dB。
下图是最大发射功率的频谱与信道功率读数。

图2.2.1最大发射功率测指标

2.2.2发射关断功率和发射机过渡韶光

由于5G TDD采取时分的双工办法，导致采取的?帧构造以及频谱利用率与FDD办法有差别。
在发射机测试中，5G TDD引入了分外的测试项目。
如下图所示，发射机关断功率规定了当基站发射机处于关闭状态时由发射机器件噪声以及热噪声产生的功率指标。
关断功率过高会导致全体系统涌现过多的噪声，指标哀求在关断功率谱密度小于-83dBm/MHz。

发射机过渡韶光是指发射机实现从关到开或者从开到关的转换所须要的韶光。
由于TDD系统以时隙作为收发转换的基本韶光单位，空想情形下发射机过渡韶光为0，此时TDD旗子暗记高下行之间不存在相互滋扰。
但在实际设备实现上无法达到此空想情形，以是应只管即便担保不会因发射机开关转换韶光过长而造成相邻时隙间相互串扰，从而导致降落系统性能。

图2.2.2发射关断功率和发射机过渡韶光示意图

如果待测基站之后接的射频衰减器的衰减量太大会增加发射机关闭时的基底噪声，埋没发射机自身的噪底。
如果射频衰减器的衰减量太小，基站的大功率旗子暗记又会破坏频谱仪。

因此，该测试项目须要限幅器，浸染是在发射机开启时把射频功率限定在一个恒定的较小功率，同时保持发射机关闭时基底噪声不变。
环形器可选配，紧张浸染是避免限幅器反射的反向大功率破坏基站。

图2.2.3发射关断功率和发射机过渡韶光测试平台

丈量结果如下图，不仅可以显示发射机关断时的功率与门限值，还可以显示过渡韶光。

图2.2.4发射关断功率和发射机过渡韶光测试结果

2.3输出功率动态范围测试

2.3.1RE功率掌握动态范围

RE功率掌握动态范围是RE功率与均匀RE功率之差。
但协议没有为这个测试用例定义特定的测试目标。
而采取偏差矢量幅度(EVM)测试覆盖此测试。
以是常日此测试不做。

2.3.2总功率动态范围

一个基站的总功率动态范围是最大值和最小值的差值OFDM符号在指定参考条件下的发射功率。
动态范围的上限为在所有RB上传输时，BS在最大输出功率下的OFDM符号功率。
下限为单个RB传动的均匀功率。

测试步骤如下：

①第一次测试选择test model 3.1/3.1a(支持256QAM)

②第二次测试选择test model 2/2a(支持256QAM)

③总功率动态范围=OSTP(第一次测)－OSTP(第二次测)

2.4无用发射测试

2.4.1邻信道泄露比

邻信道泄露/抑制比(ACLR或ACPR)是用于衡量发射机线性度的主要参数。
以5G 100MHz旗子暗记为例，ACLR的定义是：信道功率与偏移中央频率100MHz(相邻信道)和200MHz(相隔信道)的功率的比值。

由于5G旗子暗记产生的峰值因子(crest factor)很大(>8.5dB)，为了避免旗子暗记峰值进入功率放大器的非线性区而产生邻信道泄露，只能提高放大器的回退空间和进行数字预失落真(digital pre-distortion，DPD)。

下图是利用频谱仪测试的5G旗子暗记的ACLR，此时未开启DPD，可以看到邻道为-41dBc，隔道为-54dBc，无法知足测试协议哀求。

开启DPD，可以看到邻道为-47dBc，隔道为-49dBc，知足测试协议哀求。

图2.4.1 5G 100MHz旗子暗记的ACLR测试结果

2.4.2频谱发射模版

5G 100MHz旗子暗记频谱发射模板定义了一个以被测旗子暗记中央频率为中央，频率跨度为300MHz的模板，离载波近的地方用的是100kHz丈量带宽。
3GPP TS38.141规定利用Test model 1.1进行频谱模板的丈量。
许可的测试极限值与基站功率干系。

以下是利用频谱仪测试的5G TDD 100MHz旗子暗记的发射频谱模板：

图2.4.2 5G 100MHz旗子暗记的频谱发射模版测试结果

2.4.3杂散发射

所谓杂散旗子暗记便是在某些频率不雅观察范围内，除主旗子暗记外的其它任何频率的杂波能量。
个中杂散旗子暗记包括了谐波、子谐波和非谐波成份。
杂散对任何电路的影响都非常大，例如杂散旗子暗记影响输出有用旗子暗记的纯度，杂散旗子暗记造成其它无线通信系统的滋扰等。

杂散发射包括发射机杂散和吸收机杂散。
基站产品测试杂散根据不同通信制式而不同，由于每个协议产品的通信带宽不一致，关注带内的杂散也不一致。
各种协议也明确了各自的杂散哀求，如5G 3GPP TS38.141对杂散的规定，即在9kHz-1GHz的频带内发射机为-36dBm；在1-12.75GHz的频带内发射机为-30dBm。

测试杂散利用频谱仪，特殊把稳以下几点：

①受频谱仪动态范围的影响，带外的小杂散旗子暗记可能检测不到，得借助于陷波器(带阻

滤波器)将发射旗子暗记滤除后再测试。

②杂散测试须要遵守测试规范所定义的丈量带宽(RBW)。

2.4.4占用带宽

占用带宽(OBW)丈量发射功率中一定比例(常日是99％)的所占用的带宽。
打算占用带宽的办法是常日先用与信道功率打算相同的积分打算法打算在一定带宽内(该带宽大于占用带宽)的总功率，然后从该带宽的两边往中央进行功率的积分打算，直到两边积分的功率达到总功率的1％，则剩余的中间部分必为99％，相应的带宽便是占用带宽。
对付5G 100MHz带宽旗子暗记，占用带宽该当小于100MHz，如下图所示的利用Test Model1.1旗子暗记丈量结果。

图2.4.4 5G 100MHz的占用带宽测试结果

2.5调制精度

2.5.1频率偏差和EVM

频率偏差是指实际发射频率与分配的发射频率之差。

调制精度常日采取EVM(Error Vector Magnitude)矢量偏差幅度，它定义为丈量值和空想值的均方根偏差，偏差是归一化偏差。

EVM是各种移动通信制式基站的主要指标之一，3GPP中都明确规定了EVM值的哀求。
EVM实际反应的是通信系统调制精度的能力，可以反应系统的如下指标。

①IQ两路增益不平衡，用增益差来表示，单位为dB。

②IQ两路在正交调制器中相位的非正交性，单位为弧度或度。

③载波透露也叫作原点漂移，即是旗子暗记均匀功率与透露的载波功率之比，单位为dB。

④频率偏差，单位为HZ。

⑤峰均比CCDF，系统的非线性特性。

5G基站EVM测试指标：

-256QAM选TM 3.1a

-64QAM选TM3.1

-64QAM选TM3.2

-QPSK选TM3.3

以5G基站EVM测试为例，从下面的表格中可以读出包括EVM在内的上述调制精度的指标。

图2.5.1.1 5G旗子暗记的调制精度丈量结果

5G测试中还会丈量下行物理信道的参考旗子暗记的功率，在频谱仪的5G解调软件中可直接读取丈量结果，如下图所示。

图2.5.1.2 5G旗子暗记的物理信道丈量结果

2.5.2韶光同等性偏差

5G和5G测试中还有一种较为分外的测试项目——发射通道韶光同等性偏差(Time alignment error(TAE))测试。
以5G为例，由于5G广泛采取发射分集或空分复用技能，因此会用到两个或更多发射天线。
多根天线上发射的旗子暗记在韶光上有一定的韶光延时，定义为韶光同等性偏差，如下图所示的Δ2,1，Δ3,1，Δ4,1表示天线2、3、4上的旗子暗记和天线1之间的韶光差。

图2.5.2.1韶光同等性偏差定义示意图

测试平台搭建如下图所示，仅需一台频谱仪吸收两路合路的天线发射旗子暗记即可，频谱仪上的5G解调软件会丈量两个天线上的TM1.1参考旗子暗记DM-RS符号的韶光差来打算发射通道韶光同等性偏差。
测试规范TS38.141规定韶光同等性偏差应小于90ns。

图2.5.2.2韶光同等性偏差测试平台(上)和测试结果哀求(下)

2.6发射互调测试

发射互调紧张测试当有滋扰旗子暗记混入基站天线时，基站的发射机对互调非线性产物的抑制能力，因此，测试平台会用到一台旗子暗记源作为滋扰源。
有用旗子暗记TM1.1与滋扰旗子暗记经由合路之后送到频谱仪，利用频谱仪进行丈量。

图2.6 发射互调测试平台(上)与测试结果(下)

2.7测试结果汇总

注1：发射功率偏差的指标哀求为不超过±2.5dB；

注2：频率偏差的指标哀求为不超过±0.05ppm，载波频率2595MHz的应指标为不超过129.75Hz，载波频率3450MHz的指标为不超过172.5Hz；

注3：EVM测试时的调制办法为64QAM，指标哀求为≤8%；

注4：邻道抑制比的指标哀求为≥45dB；

注5：BW为信道带宽，此处与基站配置的带宽相同，取值为100MHz

三、吸收机测试

3.1测试平台搭建

吸收机测试项紧张测试基站吸收机对上行旗子暗记解调的能力以及滤波器对滋扰的抑制能力。
吸收机测试紧张包括的测试项如下图所示。

①参考灵敏度电平是对基站上行解调性能的直接表示，良好的吸收机灵敏度可有效降落终端上行旗子暗记的发射功率，使终端耗电更少；

②动态范围指吸收旗子暗记能被检测且不失落真的功率范围，该范围反响吸收机吸收强/弱旗子暗记的能力范围；

③邻道选择性表示吸收机对邻道滋扰的抑制能力，良好的邻道选择性将扩展基站的邻频组网能力；

④信道内选择性表示吸收带内不同幅度旗子暗记的能力，其性能利害将影响基站抑制蜂窝网络远近效应的能力；

⑤壅塞表示吸收机抗带内带外连续波滋扰的性能，紧张稽核吸收机低噪放和滤波器的性能；

⑥吸收机杂散是衡量吸收机正常事情时对其他频段的影响，是共存共址运用处景的哀求；

⑦吸收机互调重点关注的是多个载波旗子暗记同时输入到吸收机后，由于非线性产生的互调产物对吸收机的影响。

吸收传导测试连接示意图如下图所示，该配置可以进行除吸收机杂散外的所有吸收机项目的测试，个中参考灵敏度电平、信道内选择性只须要一个旗子暗记发生器即可完成测试，吸收机互调须要用到三个旗子暗记发生器，别的测试项目用到两个旗子暗记发生器。

3.2参考灵敏度与动态范围

吸收机的参考灵敏度是指吸收机在知足规范哀求误码率的条件下，吸收机输入的最小旗子暗记电平。
该指标反响了吸收机吸收微弱旗子暗记的能力。
吸收机参考灵敏度测试是其它吸收机测试项目的根本和参考指标。

数字通信系统吸收旗子暗记质量评估的方法包括BER(BitErrorRate，误比特率)，BLER(BlockErrorRate，误块率)，FER(FrameEraseRate，帧删除率)，PER(PacketErrorRate，误包率)，或PER时的最小输入旗子暗记。

测试BLER、FER和PER一样平常通过CRC来判断吸收的帧和包是否涌现误码，因此吸收端不须要知道发射端真实的发射数据。
而BER是将吸收的数据和发射的数据逐一比较，须要准确知道发射真个数据，一样平常采取固定的伪随机数据。
因此须要利用旗子暗记源和基站解调软件来测试灵敏度。

基站的动态范围与灵敏度测试类似，是指吸收机在加入一定高斯白噪声(AWGN)作为滋扰旗子暗记的条件下，知足规范哀求最小误码率时吸收机输入的最小旗子暗记电平。
因此，矢量旗子暗记源发出的旗子暗记应具有AWGN仿照功能。

图3.2参考灵敏度和动态范围测试平台

3.3邻道选择性与共信道选择性

选择性是指有用旗子暗记在滋扰旗子暗记涌现情形下，吸收机知足规定误码率时输入的最小旗子暗记电平。
在5G基站测试中，又分为邻道选择性与共信道选择性。
二者不同点在于滋扰旗子暗记涌现的位置。
如下图左所示，进行邻道选择性测试时，滋扰旗子暗记涌如今有用旗子暗记带宽外的邻道。
下图右所示的共信道选择性测试，滋扰旗子暗记以ResourceBlock(RB)的形式涌如今有用旗子暗记带宽内，并与有用旗子暗记在频率上紧密连接。

图3.3邻道选择性测试旗子暗记(左)、共信道选择性测试旗子暗记(右)

测试步骤如下：

①按图5所示连接测试链路，配置有用旗子暗记发生器在指定频点、带宽、速率和指定功率电平上发射射频旗子暗记；

②配置基站在指定频点、带宽、速率等参数下进行吸收统计，确保链路畅通，误块率(BLER)符合哀求；

③打开调制滋扰旗子暗记发生器，按测试哀求配置旗子暗记频率、带宽、功率电平等参数；

④再次对基站吸收机的BLER进行统计，记录测试结果并进行判断。

为担保测试结果的准确，全体测试环境应在屏蔽室环境内进行，以杜绝外界滋扰的影响。

3.4壅塞测试

吸收机的壅塞测试是指在有用旗子暗记频率的一定范围内存在一个CW或者调制的滋扰旗子暗记，从而使吸收机误码率恶化到规定限值时的最小输入旗子暗记功率。
壅塞用于描述吸收机承受吸收频点之外大旗子暗记滋扰的能力。
当存在壅塞旗子暗记时，吸收机对有用旗子暗记的增益减小，这是由于当存在常日相对大得多的壅塞旗子暗记时，吸收机大部分功率用于放大壅塞旗子暗记，对有用旗子暗记的放大减少。
如下图所示：

图3.4壅塞测试旗子暗记示意图

测试平台和3.2章节同等，通过合路器向基站输入有用旗子暗记和壅塞旗子暗记，为了避免壅塞旗子暗记源在有用旗子暗记频率上的杂散旗子暗记的影响，可以适当选择陷波器，陷波器中央频点选取为有用旗子暗记频率。

3.5吸收机互调测试

用来测试吸收机在抑制几个RF旗子暗记的交调产物的性能。
当有用信道临近存在两个不同频率的旗子暗记时，他们经由低噪声放大和混频的非线性浸染就会产生这些频率的组合身分，即产生交调，对吸收机最为有害的是三阶交调。
在临近信道加相同功率不同频率的单音旗子暗记和滋扰旗子暗记(调制办法和有用旗子暗记相同)，使他们的三阶交调与有用旗子暗记频率相同，按照邻道选择性的测试方法进行测试。

图3.5吸收机互调测试旗子暗记示意图