5G設備設計與測試（二）

03 天線系統的革新

MIMO 和 Beamforming 是 5G 當中被談論得最多的技術，IMT2020 希望它的引入能夠帶來 100X 的數據吞吐率和 1000X 的信道容量。

為此 5G  NR 標準提供物理層幀結構、新的參考信號和新的傳輸模型來支持 5G eMMB 的數據吞吐率，同時也給終端設計工程師帶來了新的難題。這些難題包括： 

3D 天線波束方向圖設計和驗證 

3D 波束性能驗證包括構建并驗證天線的 3D 輻射方向圖并確保整個工作頻段和帶寬范圍內能夠產生正確的增益、旁瓣和零點。由于毫米波原型系統構建價值不菲，仿真必不可少并提前發現系統存在的重大問題。而合理構建天線系統并結合信道模型和基站連接進行仿真能夠在原型設計階段中減少重復和反復性的工作和花費。

系統級的仿真系統 SystemVue 可幫助設計者在原型階段快速迭代和驗證 

在設計打樣出來之后，設計師則可以通過實際的環境來評估和驗證終端 / 設備是否在工作頻段和帶寬范圍內產生了正確的波瓣寬度、足夠的零點深度以及增益來實現最大化的輻射效率。而這需要用到的就是 OTA 的測試方法。 

毫米波鏈路完整性 

為了克服因為使用窄波束所導致的位置確認問題，R15 定義了新的接入初始化流程。由于基站通過掃描的方式在同步信道中傳送信道信息，終端則會判斷和決定最合適的信道并告知基站，從而最終將通信鏈路建立起來。

5G 接入初始化和波束管理流程 

在這里定義了波束同步、跟蹤、管理和失敗恢復等程序。而當混合的參數集在其中被使用時，連接的建立可能要花費更多的時間。設計師需要實施、驗證和優化所有這些功能，否則用戶端可能產生掉話等不良體驗。

真實環境下的終端性能評估和優化 

吞吐率和時延是無線通信系統的關鍵性能指標。協議堆棧的不同層必須相互配合才能實現 5G 系統的時延和吞吐率目標。這里面需要理解終端在波束管理各狀態下的表現，包括波束同步、切換以及回落回 4G。 

一種評估端到端吞吐率最有效的方式，就是使用網絡模擬器來控制 DUT 并測量其反饋信號。網絡模擬器可以配置小區連接、更改同步和參考信號的功率、設置 Beamforming 參數和控制發射和接收的資源塊。此外，通過在系統中串入信道模擬器，更能夠在實驗室環境下模擬真實的信號傳輸問題，包括路徑損耗和多徑衰落等問題，從而表征真實環境下的系統性能。

基站模擬器 UXM 搭配信道模擬器 PropsimF64，

讓你評估真實環境下的終端性能

04 OTA 測試難題

由于毫米波、MIMO、波束控制和管理等技術的引入，對于設備和終端的整體性能的評估和測試已離不開 OTA 方案，這包含：射頻性能、吞吐率、RRM 和信令。 

該如何綜合考慮路徑損耗、測試場地的尺寸等選擇一個合適的 OTA 方案亦成為一個難題。典型的 OTA 測試方案包含：暗室、探頭或天線以及測試設備。目前對于終端 OTA 測試，主要有三種方案： 

① 直接遠場法（DFF）

對于直接遠場法，被測件被固定于一個可以在水平和垂直角度轉動的轉臺上面，從而可以在 3D 的投影面上進行任意角度的測量。雖然直接遠場法可以獲得最直接、綜合的天線遠場測試結果，但是需要最大尺寸的暗室。對于一個 15cm 尺寸的被測件，在 28GHz 頻段需要長達 4.2m 的暗室來支持遠場測試，從而帶來難以接受的測試路徑損耗。

直接遠場法測試環境

② 間接遠場法（IDF）

間接遠場法基于緊縮場的測試方法，使用一個拋物面的反射器來將信號從近場球面波轉換成遠場平面波，從而創造出遠場的測試環境。這種方案能夠提供相對直接遠場法更加緊湊且低路徑損耗的測試環境，也是目前唯一一個被 3Gpp R4 認可的 OTA 測試方案。

緊縮場測試環境 

③ 近場轉遠場法（NFTF）

近場轉遠場的方案是在近場環境下采集電磁場相位和幅度，并通過算法預測遠場條件下的輻射方向圖。雖然這不失為一種緊湊的測試方案，但由于在近場條件下容易受到發射器的干擾從而影響測試精度，同時也只能支持單視距測量。

近場轉遠場環境