【应用】Keysight的5G信道仿真平台PROPSIM 5G在5G空中测试中的应用

2018-10-19 Keysight

目前空中测试(over-the-air testing)这一测试方法已经出现在5G设备的研发和测试中,各大设备供应商和运营商都在提出新的空中测试解决方案。在空中测试中,测试设备不通过有线的方式连接到被测设备,这一测试场景相比起4G时代有巨大的不同。那么,到底是什么原因在5G的研发中催生出了这一种测试呢?

 

在说明具体原因之前,不得不先提到5G所采用的新技术。IMT-2020针对5G的愿景提出了三大应用场景,其中就包括支持超高数据传输速率的增强移动带宽(eMBB)。为了实现该愿景,5G新规范在Sub-6GHz和毫米波(mmWave)频段都添加了新的工作频段,新增的频段带宽约10GHz。

 

新增的毫米波频段虽然可以提供大量的带宽,但是毫米波也面临着一些信号传播问题,诸如更高的损耗、时延以及更容易受障碍物阻挡,然而这些问题在Sub-6GHz频段是不存在的。不仅如此,在使用毫米波进行通信时,用户手持移动设备的方式,乃至于用户身体朝向都会影响到无线链路的性能。另外,毫米波信号在穿越不同类型的媒介时也会承受更高的衰减,这将限制室外至室内的覆盖范围。同时,非视距传输(NLOS)也会引起传播延迟。由于存在这些问题,想要在移动设备和基站间利用毫米波建立并维持无线通信就变得十分困难。


如图1所示,为了克服这些信号传输问题,5G无线电系统将会在基站和移动设备上使用多天线来应用空间分集和波束控制技术,以实现将信号波束可靠地指向一个期望的方向。由于使用了更多的天线单元,大规模MIMO天线开发人员将会面临难以直观地刻画和验证所设计天线阵列波束方向图的问题。


 

图1:典型相控阵天线的构成(来自不同天线单元的相移信号相叠加使得发射信号的方向可变)

  

为何要进行空中测试

天线阵列中天线单元密度的提高:相控阵天线正成为移动通信中的首选技术,相控阵天线可以利用信号在每个天线单元的相对相位和幅度的改变来产生一个窄波束,并能动态地调整波束的方向使其射向期望的方向。这一技术也被称为波束控制(波束赋形)技术。由于天线单元数量的原因,发射的波束为窄波束,因此想要刻画和验证波束方向图是很困难的。开发人员需要以2D和3D的方式测量波束方向图才能得到波束宽度、旁瓣电平和对称性,而这些参数必须要通过空中测试的方法才能得到。


超小型毫米波器件的诞生:采用多天线阵列将有助于克服毫米波在传输时信号衰减快的问题,并能通过定向的方式来提供更高的增益。更高的频率意味着更短的波长,由于波长变短,天线单元之间的间隔距离就可以做得很小,因此整个天线阵列的尺寸就能更紧凑。许多供应商甚至选择将天线阵列集成到IC中去。当然,高度集成的IC是没有空间给探针预留位置的,也没有多余的空间来放置连接器。由此带来的一个后果便是:想要在无线电路和天线间使用传统的射频连接器是不太现实的,因此需要进行空中测试。

 

空中测试方法

空中测试对于开发、验证和商业推广5G设备是至关重要的。一个典型的空中测试将用到电波暗室、多种探测技术以及产生和分析辐射信号的测试设备。电波暗室可以提供一个无反射的环境,还能屏蔽掉外部的干扰,因此可以在一个受控的环境中产生及测量功率和方向已知的辐射信号;目前,3GPP已经定义了三种获得批准的测试方法:直接远场测试(Direct Far-Field),间接远场测试法(Indirect Far-Field)以及近场-远场变换法(Near-Field to Far-Field Transform)。

 

图2:直接远场测试法


Keysight PROPSIM 5G信道仿真解决方案

Keysight的PROPSIM 5G信道仿真解决方案使器件、芯片和网络设备制造商能够在相干、真实的复杂 3D 传播信道下,对工作在6 GHz以下频段和毫米波频段上的真实基站、芯片和器件进行一站式端到端协议信令和射频性能测试。


该信道仿真解决方案适用于在实验室中进行端到端、可重复的真实性能测试。它能支持所有的 5G NR 关键技术要求,包括高达 400 MHz 的信号带宽以及载波聚合方案(连续载波达到 1.2 GHz,非连续载波达到 16CC)。该解决方案支持利用 TR38.901 中定义的无线信道模型实施大规模 MIMO 信道仿真,执行6GHz 以下频率和毫米波频率上的传导和空中(OTA)测试。该解决方案支持所有 5G NR 部署场景,例如有和无 LTE 锚定信元,以及 3G 和 2G 信元共存。它还支持 Wi-Fi 卸载场景,并能满足对 802.11ax 接入点和器件进行测试时的所有技术要求。


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  • JasonYe Lv6. 高级专家 2019-03-23
    很好。涨知识
  • 用户18396822 Lv7. 资深专家 2018-11-05
    不错
  • 黑云 Lv6. 高级专家 2018-10-19
    学习
  • duanmaxie Lv8. 研究员 2018-10-19
    支持
  • 软件研发 Lv4. 资深工程师 2018-10-19
    支持
  • 学徒工 Lv4. 资深工程师 2018-10-19
    支持
  • kofjlu Lv7. 资深专家 2018-10-19
    5G时代即将来临
  • 灰太狼 Lv7. 资深专家 2018-10-19
    学习了
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