基于空口测试的新型5G毫米波测试方案

 

在3GPP R15已发布的V15.0.0版TS38.104规范中，首次出现了5G NR这一概念，NR是指New Radio，即新空口。根据标准，5G NR的频率范围被定义为不同的FR，分别为FR1与FR2。FR1频率范围为450MHz-6000MHz，通常被称为Sub-6GHz，FR2为24.25GHz-52.6GHz。尽管严格来讲，毫米波频段应该大于30GHz，但由于3GPP的推进，24GHz频段也经常被使用，因此在毫米波雷达的划分中，也习惯性将这一波段称为毫米波。

 

 

随着科技的发展，越来越多的行业和应用开始使用毫米波，毫米波具有多种优势：

• 频率资源丰富、带宽极大
• 易与波束赋形技术结合
• 可实现极低时延
• 可支持密集小区部署
• 可进行高精度定位
• 设备集成度高

但高频率的信号传输也不可避免会带来高传输损耗、低测试重复性和外场测试困难等问题。信号的传输损耗见以下公式：

其中L代表射频和微波信号传播损耗，f是传输频率，d是传输距离，c为光的传播速度。

 

对毫米波来说，波长越小，频率越大，从上式可以看出，当其他参数固定时，频率越大，传输损耗就越大，所以对于高频的毫米波来说，传播损耗是极大的。此外5G毫米波系统带宽大、天线阵列小、发射波束窄、传播损耗大，无法通过传统的方式进行测试，需要提高测试效率和测试精度，并缩短测试时长。比如：由于5G毫米波基站的高度密封性，无法基于传统的传导口进行测试，需要引入OTA射频要求和测试方法。

 

虹科5G毫米波测试方案通过空口测试来测试微波模块的发射频率点，发射频率为24GHz-24.5GHz，通过频率范围高达27GHz的虹科实时频谱分析仪对发射信号进行测试，为了避免信号在测试过程受到干扰，将发射信号模块和接收天线放置到屏蔽箱中。

 

微波发射模块参数：

• 直流电压：3.2-3.3V
• 直流电流：60mA
• EIRP（等效群像辐射功率）：5-9dBm
• 相位噪声：-96dBc/Hz@1MHz
• 噪声系数：10dB
• 频率范围：24-24.25GHz
• 发射天线增益：4dBi

通过计算可得出，信号经过发射天线后，发射功率变为13dBm，在接收天线与实时频谱分析仪之间需接入一个衰减器，再通过以太网口把数据传输到PC端，用上位机软件观察信号并进行分析：

图1. 方案结构图

 

图2. 展示图

 

 

虹科实时频谱分析仪覆盖9kHz-27GHz频率范围，具有灵活的软件定义平台，通过以太网口将数据传输到PC端，根据需求可以用多种语言进行二次开发。

• 实时带宽 (RTBW)：0.1/10/40/100MHz
• 频率范围：9kHz-27GHz
• TOI：+12dBm（典型值）
• 扫描速度：28GHz/s @ 10kHz RBW
• 功耗：17W
• 重量：2.72 kg
• 尺寸：257.3×193.7×66 mm

 

作为接收前端的天线设备，虹科标准增益喇叭天线HK-OLB-34-20在频段内具有19-21dB的增益，频率范围为22.0-33.0GHz，是覆盖WG21、WR34、R260频段的波导喇叭。具有精确、一致和可靠的性能，适用于天线、天线增益测量、系统设置等应用中。

• 增益：20 dB（典型值）
• 频率范围：22.0-33.0 GHz
• 半功率点波束宽度：V面/H面18-23°
• 接口：2.92mm-F

 

信号在经过接收天线后，为了避免输入功率过大使频谱仪损坏，需要在前端对信号进行衰减。虹科同轴衰减器具有频率范围大、驻波系数小、衰减精度高、体积小、使用寿命长等特点。

• 频率范围：DC–26.5 GHz
• 衰减值：10dB
• 衰减精度：
  • 1—6：±0.5dB
  • 7—10：±0.5dB
  • 20：±0.5dB
  • 30：±0.6dB
• 阻抗：50欧姆
• 接口：SMA

虹科5G毫米波测试方案参照了目前的空口测试方法提供了新型解决方案。尽管目前毫米波测试的许多技术难题已经得到了解决，但还需要更多创造性技术来为下一代移动通信技术开发更具经济效益、成本更低的解决方案。