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5G(NR)基站测试与挑战

 和老康一起学5G 2022-12-10 发布于陕西

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5G不仅带来更快、更可靠和近乎即时的无线连接,各种创新和全面的移动无线通信应用也改善了我们日常生活。为确保无线基站功能和指标达标,一致性测试是基站生命周期的重要组成部分。3GPP为5G(NR)基站和用户终端(UE) 定义了测试规范,除非产品符合标准,否则它们不能在网络上部署和应用。

3GPP在R15版中定义包括5G(NR)及一些用于LTE的新功能。作为5G(NR)演进的第一个版本,R16对NR进行了多项新的重要增强,其中引入了两组特定的功能:

  • 一、垂直领域应用包括:多无线接入技术(multi-RAT)、双连接和载波聚合 (CA)增强、工业物联网(IIoT)、超可靠低延迟通信(URLLC)、车联网(V2X);等。

  • 二、增加容量和提高运营效率的功能,如多输入多输出(MIMO)增强、集成接入和回程(IAB)、交叉链路干扰/远程干扰管理、用户设备(UE)节能和移动性增强。

5G(NR)基站一致性测试3GPP在TS 38.141中定义了基站的射频 (RF)一致性测试方法和要求,具体包括:传输、接收和性能测试。根据测试方法是否有传导或辐射,技术规范分两部分:

  • TS 38.141-1 第1部分传导一致性测试;

  • TS 38.141-2 第2部分涵盖根据基站类型在频率范围(FR)1和FR2中进行的辐射一致性测试。

图1.基站传导和辐射一致性测试表

5G(NR)基站分类和测试内容取决于是基站配置和指标;其中:

  • Type1-C是在FR1频率范围运行的NR基站,其对单个天线连接器有要求。

  • Type1-H型NR基站在FR1范围运行,其要求在各个收发器阵列边界(TAB)连接器定义,空中传输(OTA)要求在辐射接口边界(RIB)定义 。

  • Type-O型基站(两种)工作在FR1或FR2的NR基站,只需要满足RIB定义的OTA约束。

  • 传导测试和辐射测试主要区别在于基站类型1-H、1O和2O的辐射测试。

基站发射机测试5G(NR)在对基站发射机测试除信道功率和占用带宽外,还包括相邻信道泄漏比(ACLR)、工作频带无用发射(OBUE)、杂散发射、Tx开/关功率、误差矢量幅度(EVM)、频率误差和时间对齐错误(TAE)。标准中还涵盖了许多发射机特性和测试测量,例如输出功率、输出功率动态、发射开/关功率、发射信号质量、无用发射和发射机互调。

输出功率动态测量是为了确定以最大功率传输时功率输出与基站声明值相比的准确性。图2(左)所示的测量结果是在具有信道功率测量模式的100MHz 带宽时分双工(TDD)信号上获得的;栅极起始线和终止线指示框架内用于测量功率的部分。在100MHz带宽上功率测量值为-1.04dBm而传输信号为0 dBm,电缆损耗预校准为0.64dB,功率精度估计为-0.4dB符合测试要求。

输出功率动态是指当基站以最大和最小电平传输时功率电平的差异;应该对仅承载物理数据共享信道(PDSCH)数据的正交频分复用(OFDM)符号进行测量,符号内没有任何同步信号块(SSB)或解调参考信号(DMRS)。OFDM符号传输功率限制(OSTP)仅针对数据符号进行测量,并且是动态功率测量的要求。

图2(右)是Keysight的UXA信号分析仪和PathWave X系列测量的输出功率动态。对于来自基站的最大发射功率,OSTP测量结果为-1.02 dBm。它可以使用测试模型3.1进行测量,该模型可以从测试模型列表中选择。信号成功解调后,OSTP和其他测量结果将显示在显示屏上。

测试模型3.1是64QAM调制的完整资源块(RB)分配,如多条迹线显示中所示;你还可以使用单个RB的测试模型2信号来测量最小功率,因此可以计算出25.48dB的功率动态并将其与标准要求进行比较。

图 2. 传导输出功率测量测试模型(左)和输出功率动态(右)示例

发射功率开和关测量测试发射关闭功率可以确保它在标准定义的范围内;但该测试仅适用于运行在TDD模式下的基站系统,定义是在发射关闭期间(N =SCS/15)以指定信道频率为中心,在70/N µs内用带宽等于基站传输带宽配置的方滤波器过滤后测得的平均功率以及SCS是以kHz为单位的子载波间隔。测试需要验证两个技术指标:

  • 一是测量发射机关闭时的功率电平并根据通过或失败的要求进行检查。

  • 二是测量 TDD 信号突发的瞬态时间、上升时间和下降时间。

  • 传导测试的关闭功率值应小于约-83dBm/MHz

  • 辐射测试的关闭功率值应小于-102dBm/MHz。

瞬态时间是发射机可以从关闭到打开功率电平的时间,反之亦然。在图3中Keysight的UXA信号分析仪和PathWave X系列测量应用软件用于测量5G(NR) 的发射关闭/开启功率和瞬态时间。外部触发器决定了本例中的突发边界。使用测试模型框架结构,可使用功率斜坡上升和下降来测量瞬态时间。功率包络模板指示关断功率的预期限制以及斜升和斜降位置。在底部的指标表中是传输开启功率、关闭功率、上升和停机时间的测量值。结果以通过/失败指示器的形式显示在左上角,因此您可以将它们与定义的标准进行比较。这些限制默认设置为3GPP规范,但可以修改它们以满足您的特定测试需求。图 3. 传导发射开/关功率测量示例

随着标准的发展测试解决方案将支持更高的频率、更宽的带宽和新的物理层特性。而这些标准及其对测试的影响对于确保成功和准确测试至关重要。

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