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辐射两步法 MIMO OTA 测试方法发明人给大家开小灶、划重点

【导读】辐射两步法 MIMO OTA 测试方法和测量结果通过 3GPP 决议,成为备受瞩目的 MIMO OTA 测试方案。关于 MIMO OTA 的话题,今天非常荣幸请到两位 Keysight 技术牛为各位攻城狮开小灶,划重点!解答那些年,萦绕在我们心中的 MIMO OTA 困惑。

辐射两步法 MIMO OTA 测试方法发明人给大家开小灶、划重点

主角闪亮登场

辐射两步法 MIMO OTA 测试方法发明人给大家开小灶、划重点

孔红伟博士

2003年毕业于清华大学电子系,获得博士学位,同年加入安捷伦实验室(这是2014年成立的是德科技实验室前身),现任是德科技实验室中国区经理 ,领导无线测试测量领域的研究。

井雅博士

2006年从东南大学移动通信国家重点实验室获得博士学位后,加入安捷伦科技实验室,在安捷伦和是德科技工作11年。目前作为是德科技实验室中国区高级研究员,辐射两步法的主要发明人之一。

【 问题 1 】什么是 OTA 测试,它对于我们有何意义?

OTA(Over The Air)测试:空口测试

从英文单词的原意就可以看出,测试的时候信号是从空口发送或接收到的,而不是通过传导线连接的测试。它是直接对手机无线信号辐射性能好坏的测试。

不管是对于基站或是终端来说,天线是其重要的组成部分,对其性能的测试必须包括天线的特性。只有通过 OTA 空口测试才能得到无线设备的最终性能。

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【 问题 2 】什么是 MIMO OTA测试?目前是德科技在 MIMO OTA 方面的主要解决方案?

MIMO OTA 就是在暗室中准确地对无线传输环境进行模拟,然后在模拟的无线传输环境下对待测件进行性能测试。对于 MIMO OTA 测试中最重要的部分是对于无线传输环境的模拟。

国际标准化组织对于 MIMO OTA 测量方法的讨论从2009年就开始了,当时有多个方法被同时提交讨论,现在仍然在 3GPP 组织中还被讨论的方法包括:多探头方法(MPAC)、辐射两步法(RTS),以及混响室+信道仿真(RC+CE)的方法。

是德科技针对这三种方案,都可以提供非常好的解决方案。下面是用 Keysight 仪表搭建这三种方案的系统框图。

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【 问题 3 】什么是辐射两步法 MIMO OTA 测试?能为行业带来何种优势 ?

辐射两步法就是把 MIMO OTA 的测试分成两步:

? 第一阶段,先在暗室做方向图的测量,利用终端的上报功能测出待测件的辐射方向图;

? 第二阶段,把在第一阶段中测到的方向图信息加载到信道仿真器中,模拟出包含了待测机天线特性的无线信道,基站仿真器输出的下行信号先和加载了待测件方向图信息的无线信道进行卷积,然后通过测量天线发射出来,进行接收机的性能测试。

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辐射两步法 MIMO OTA 测试演示效果

至于 MIMO OTA 为行业带来优势,可以总结成以下5点:

? 首先,如文章开篇所提到的,辐射两步法的测量结果,和已经成为 CITA MIMO OTA 测量标准的多探头方法(MPAC),测量结果的一致性是被 3GPP 认可的;

? 然后,这个方法本身能给研发工程师提供更多的诊断信息,方便问题的隔离和产品性能的优化;

? 再者,这是一种比较便宜的 MIMO OTA 测试方案。可以重用原先的 SISO 暗室,只需要做软件升级;

? 此外,测试的不确定度小。测量系统搭建简单,校准简单易行。所有 MIMO OTA 方案中唯一的单个仪表的测量方案,系统搭建和校准非常简单;

? 最后,辐射两步法还具有更好的扩展性。MIMO 通道增加的成本比较低,更易于实现对信道模型从 2 维到 3 维的扩展。

【 问题 4】未来 5G OTA 测试中,我们可能会遇到的挑战?

在 4G 之前,OTA 测试主要针对终端。在 4G 时代,由于基站侧射频和天线有连接的接口, 对基站侧射频指标的测量主要是通过线连的方式进行的,基站天线部分的性能用传统的天线测量方法进行的。因此对于 4G MIMO OTA 的讨论主要是集中在终端这一侧。

5G 时代,无论基站还是终端,都需要进行 OTA 测试。由于 Massive MIMO 技术在 5G 中的使用以及毫米波频段的引入,基站侧的大部分指标测量同样需要在空口下进行。因此不管是基站还是终端侧,我们都将遇到非常大的挑战。

我们认为这些挑战从宏观上来分析可以被分为三类

第一类:测量指标的定义

① 虽然在标准化组织针对基站和终端侧已经有了一些基本的测量指标的定义, 比如 EIRP, EIS. 但是还有一些测量指标的定义没有完全确定下来;

② 测试 Massive MIMO 的性能时,如何分解最终的性能指标与单个天线阵元的指标之间的关系;

③ 系统最终的性能与单个元器件之间性能指标的定义关系;

④ 最终场测与实验室测试指标的性能关系;

⑤ 在可以做线连的射频指标测试情况下,最终空口测量结果和线连测试结果之间的关系。

第二类:测量方法的选取

首先是暗室(或者是场)的选取,虽然在已有的 AAS 测试系统中,已经有了关于远场/近场/紧缩场/一维紧缩场等的很多讨论,也有了一些对辐射功率和灵敏度测量所需用场的建议,但是这些场都各有优缺点。在搭建具体的测量系统时,都会碰到各自的挑战。

在未来 5G 的系统中,由于器件的高度集成,空口测试时有很多有源器件,而传统的天线测量主要是做无源测试。怎么解决多通道有源器件的空口校准问题也是很大的挑战。

当测量通道数非常多的时候,怎么提供经济有效的测量方案来控制可以接受的测量成本和测试时间 。

选取什么样的测量方法可以尽量做到实验室的测试结果与现场测试结果的匹配

第三类:测试接口的改变

未来 5G 由于走向高频段,射频前端和天线高度集,没有传统上用来测量射频指标的接口,这样意味着原来在线连方式下做的各通道的射频指标的测量要移到空口下去做。这个测量接口的改变会给射频性能测量带来很大的挑战。

5G 为了针对各种应用,基带与射频之间的接口也发生了变化。需要定义新的基带信号的测量接口。

在标准化中需要定义新的测试接口(命令或协议):由于 5G 中很多待测件的射频性能指标及功能性测试都需要在空口下进行,需要定义一些新的测试接口,这样不同厂家的产品可以遵循相同的测试接口定义进行测试,才有利于 5G 测试行业的发展。

辐射两步法 MIMO OTA 测试方法发明人给大家开小灶、划重点

同学们的学习热情都很高涨,但篇幅限制,这里只能节选采访中的部分精华。

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