5G 新無線電 （NR） 正在世界各地部署，為無線通信提供更快的數據速率和前所未有的可靠性。新的一致性測試已經出現，以確保基站能夠兌現這些承諾。

一致性測試是基站生命周期的重要組成部分，需要很好地理解第三代合作伙伴計劃 （3GPP） 規范。由于每年對網絡基礎設施的投資高達 400 億美元，移動網絡運營商 （MNO） 需要確保他們選擇在其網絡中實施的基站符合 5G 標準。

技術演進進一步增加了基站一致性測試的重要性。由于缺少帶有 5G 毫米波 （mmWave） 單元的天線連接器，5G 打開了一個潘多拉魔盒。空中 （OTA） 測試給網絡設備制造商 （NEM） 和 MNO 的研發 （R&D）、集成和驗證工程師帶來了許多挑戰，他們處理小型蜂窩、宏蜂窩和開放無線電接入網絡 （O- RAN）組件。

5G引入新基站

隨著 5G NR 的出現，根據頻率范圍和設備的天線配置定義了新的基站類型。這四種類型表示為：1-C、1-O、1-H 和 2-O。數字表示頻率范圍。頻率范圍 1 （FR1） 涵蓋 450 MHz 至 7.125 GHz，而頻率范圍 2 （FR2） 指的是 24.25 GHz 至 52.6 GHz 的毫米波頻譜。

“C”指的是帶有天線連接器的基站。1-C 型基站使用傳導方法進行測試，例如用于 3G 和 4G 的傳統蜂窩基站。“O”是指沒有天線連接器的基站。這些單元的所有測試都必須在輻射類型的測試中通過空中完成。“H”是指一種混合方法，其中一些天線連接器可在系統中的模塊和基站組件中的集成天線之間訪問。5G 基站需要為空間復用和波束成形等應用支持越來越多的信道。即使在 FR1 中，集成度也在不斷提高。市場正朝著更多的 1-O 型基站發展。

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

3GPP 提供必要的一致性測試文件

基站一致性測試從 3GPP 規范開始。3GPP 技術規范 （TS） 38.104 和 38.141 是 5G 基站一致性測試的必要文件。3GPP TS 38.104為傳導和輻射基站提供了最低要求。該規范涵蓋了發射機和接收機特性，以及接收機性能。

3GPP TS 38.141包括38.141-1用于進行基站和38.141-2為輻射單元。這些文件定義了測試要求，為測試容差提供了寬松的規范，并包括確保符合 TS 38.104 中概述的要求的測試方法。此外，這些文檔引用了其他 3GPP 文檔，這些文檔提供了與一致性測試相關的附加上下文和背景。這些文檔中的每一個都可能有數百頁長，了解所有細節以確保正確遵守 3GPP 規范至關重要。

基站一致性測試按章節組織。第 6 章介紹發射機特性，包括發射機的典型參數，如輸出功率、信號質量和帶外 （OOB） 發射。第 7 章涵蓋了接收器方面，例如靈敏度、動態范圍、選擇性和阻塞特性等參數。

第 8 章重點介紹接收機性能，包括對從用戶設備到基站的上行鏈路信道的測試——物理上行鏈路共享信道 （PUSCH）、物理上行鏈路控制信道 （PUCCH） 和物理隨機接入信道 （PRACH）。

此外，參與 5G 基站一致性測試的任何人還應查看第 4 章。本章涵蓋制造商聲明，這些聲明定義了基站類型、類別和基本 RF 屬性，如頻率范圍、帶寬和輸出功率，以及提供輻射基站的波束配置，包括波束寬度、方向和數量。每個測試用例都有一個獨特的信號配置，源自制造商的聲明。

不同的配置處理不同的測試用例

第 6、7 和 8 章測試適用于所有基站，無論其類型如何，但傳導單元和輻射單元的測試方法不同。

您可以使用簡單的測試設置來執行大多數發射機測試，該設置由連接到頻譜分析儀的基站組成（圖 2）。無論是誤差矢量幅度 （EVM）、相鄰信道功率比 （ACPR） 還是雜散發射，基站上的每個端口都針對所有特性單獨進行測試。

圖 2大多數發射機測試用例使用簡單的測試設置，包括基站和頻譜分析儀。

不過，某些發射機測試用例需要不同的配置。例如，時間校準是一個對空間復用和載波聚合場景很重要的測試用例，需要同時測量所有天線端口。您可以通過將所有信號合并到一根電纜中，使用單個頻譜分析儀執行此測試。您可以使用此技術進行時間對齊測量，因為解調參考信號在時間和頻率上是正交的，可以進行準確的定時測量。然而，在空間復用的情況下數據不是正交的，并且使用該技術不可能恢復數據有效載荷。發射機互調測試還涉及不同的配置，使用一個源將干擾信號注入發射機。

測試基站的接收器需要信號發生器來提供計量級參考信號。一些測試需要不同頻率和幅度配置的多個信號。這就是互調和阻塞測試的情況，其目標是確定接收器是否可以在存在與有用信號具有特定頻率關系的更高功率阻塞信號的情況下正確解調非常低功率的“有用”信號（圖 3 ）。通常，這需要兩個信號發生器，因為有用信號和干擾信號之間的動態范圍很大，并且在 RF 上組合這些信號。基站的每個端口都與其他端口分開測試。

圖 3接收機互調測試在測試設置中使用多個源來生成干擾信號。

不過，接收機雜散發射測試需要不同的設置。它將頻譜分析儀連接到基站的接收端口，以測量來自接收器端口的發射并確保它們在 3GPP 指定的水平下。

在接收機性能測試方面，測試設置可能比發射機和接收機特性復雜得多。最復雜的配置是針對 PUSCH 測試用例。該設置同時激勵所有基站端口，以確保基站能夠以非常低的信噪比 （SNR） 恢復高度衰落的信號，這些信號是通過添加加性高斯白噪聲 （AWGN） 來模擬的。

這個測試也很困難，因為基站需要解調每一個傳輸數據塊，并向測試設備提供混合自動重傳請求（HARQ）反饋，但沒有標準接口用于此。此外，設置需要參考和幀觸發以確保測試設備和基站之間的對齊。其中一些測試還需要 2 層空間復用多輸入/多輸出 （MIMO） 信號。

輻射測試帶來更多挑戰

輻射測試將基站一致性測試提升到一個全新的水平，將基站放置在一個室內并用天線替換電纜。接收信號的探頭天線必須離基站足夠遠，以便在遠場中進行測量，在遠場中輻射波變成平面波。由于各種原因，執行得太近的測量可能會導致不準確。結果，測試室會變得非常大，這取決于天線的尺寸和頻率。

例如，28 GHz 頻率下 15 cm 的天線尺寸需要在遠場中考慮基站和探測天線之間至少 4.2 m（圖 4）。路徑損耗是毫米波頻率的另一個問題。它比FR1高得多。損耗發生在基站和探測天線之間的距離上，從探測天線到頻譜分析儀還有額外的電纜損耗需要解決。

圖 4 28 GHz 的 15 厘米天線需要基站和探測天線之間的距離為 4.2 m。該設置會產生 79 dB 的總信號損耗，包括 73 dB 的 OTA 損耗和 6 dB 的電纜損耗。

針對輸出功率和 ACPR 等某些方面的輻射測試也為基站一致性測試帶來了新的變化。總輻射功率 （TRP） 涉及從所有可能的方向進行測量。基站安裝在定位器上，可旋轉所有方位角和仰角，從而需要進行數千次測量。3GPP 提供了一系列關于執行 TRP 測量的可能方式的測量網格。有些方法更適合特定的測量，但是 3GPP 并沒有要求任何測量都使用特定的網格模式。最終，由供應商來確保符合 3GPP 規范。

OOB 雜散發射測試特別難以通過空中進行，因為測試設置需要覆蓋從 30 MHz 到 60 GHz 的廣泛頻率或 FR2 設備的二次諧波，以較低者為準。頻譜分析儀可以輕松覆蓋該頻率范圍，但您不會找到以合適的天線模式和增益覆蓋整個范圍的探頭天線，這需要使用多個帶狀探頭天線，因此也需要某種切換矩陣。開關矩陣會增加天線和分析儀之間的損耗，需要使用低噪聲放大器 （LNA）。OOB 雜散發射測試還需要濾波器來捕獲低電平雜散信號。使用所有這些組件增加了測試設置的復雜性，也增加了校準的需求。

盡管具有挑戰性，但這些問題并非不可克服。存在解決方案，但由于 5G 基站的類型多種多樣，因此沒有一種適用于所有情況。圖 5提供了 OTA 基站一致性測試解決方案的示意圖，這是最復雜的情??況。該解決方案涵蓋第 6、7 和 8 章中的所有 3GPP 測試用例，并使用制造商的聲明來定義每個測試的配置。它具有與信號發生器和信號分析儀通信的接口以及與被測基站通信的應用程序編程接口 （API）。

圖 5 OTA 測試用例的一致性測試架構比傳導測試復雜得多。

簡化 5G 基站一致性測試

新的基站類型已經出現以兌現 5G 的承諾，并帶來新的一致性測試，如 3GPP 規范中所述。各種測試用例需要不同的配置，從僅使用基站、電纜和頻譜分析儀的簡單傳導設置到用于接收器性能測試和 OTA 測試用例的更復雜配置。有助于解釋 3GPP 規范、簡化測試設置并自動生成測試計劃的解決方案有助于更快地克服這些挑戰。

有關 5G 挑戰和基站解決方案的更多信息，請訪問是德科技的5G 網絡設備制造商頁面。網絡研討會3GPP gNB 一致性測試概述、挑戰、新 gNB 測試解決方案提供了 5G 基站一致性測試設置的演練。

Jessy Cavazos是是德科技行業解決方案營銷團隊的一員。

編輯：hfy