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探讨OTA测试对5G标准的重要性

2018年12月07日 02:41来源:未知手机版

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5G 系统的更加先进,无线用户的数量将大幅增加。用户都希望自己所有的移动设备都具备更好的质量和更高的可用性,因此提高网络和设备的可靠性势在必行。在评估和确定移动电话和平板电脑等无线设备以及基站的可靠性和性能特性的过程中,空中传输 (OTA) 测试是十分重要的一个环节,其测试环境需要十分接近上述设备的实际使用环境。

对支持 5G 环境的组件进行的测试与 4G/LTE 环境中的测试迥然相异。尽管利用电缆连接移动设备和测试设备是最为方便和划算的做法,但这样将无法模拟出设备的实际运行状况,因此随着设备的集成度日益提升,这种方法的可行性将越来越低。为了获得 5G 所需的更高带宽支持,移动运营商将着眼点放到了更高的频率,这使得测试设备面临更大的挑战。为了使移动设备的测试环境接近用户的实际使用环境,测试必须以无线或空中传输方式执行。通过这种方式,设计人员可以观察到无线电波从用户设备传播到基站以及从基站传播到用户设备时的实际情况。

在移动技术面向 5G 系统不断演进的过程中,有两大推动力使得 OTA 测试成为必然。首先,被测设备 (DUT) 的集成度大幅提升,无法使用电缆在被测设备和测试设备之间建立物理连接,因此需要进行 OTA 测试。其次,毫米波频率下的信号传输损耗很高,因此需要通过波束聚焦或波束成形来提高增益。进行波束特征测试以及检查波束采集和波束跟踪性能时,需要进行测试设置。只有 OTA 测试系统才具备此功能。 

OTA 测试的当前状态

目前,为数众多的监管机构、标准化组织、产业组织和运营商均要求对无线设备进行 OTA 测试。为了实现移动系统的全球可访问性和互操作性,业内已经发起了认证测试,使得全世界制造商旗下的全新移动设备都能具备相同的质量水平。CTIA(移动电话行业协会)针对 3G 和 4G LTE 设备制定了 OTA 测试标准,并在全球各地设有认证实验室。业内针对传输过程中有关辐射功率电平和接收机灵敏度等级的 OTA 性能定义了最低性能要求,使所有呼叫在预先定义的环境下都能够被接收。尤其是在美国,无线运营商也制定了行业性能要求,且新设备必须符合相关要求方可入网运行。 

通常情况下,所有能够发射电磁波的设备在其研发阶段都会应用 OTA 测试。例如,目前阶段的移动电话测试是为了确保设备能够从各个方向均匀接收并向各个方向均匀发射同一信号。其重要性在于,天线向各个方向均匀发射信号使得移动设备用户无需面朝特定方向即可获得高质量信号,也不会在经过高层建筑物时掉线。研发时使用 OTA 测试设备还有一点尤为重要的作用,就是能够在产品开发的初期发现问题。

5G 对 OTA 测试的影响 

厘米波和毫米波的对比

为了容纳更多的用户、获得更高的带宽和实现更高的数据率,移动运营商需要启用更高的频率。启用 30、40、50、60 甚至 90 GHz 的频段时,设备会进入厘米波和毫米波范围。在较高频率下波长变短,同时给定功率电平的传输距离也变短。为了应对自由空间路径损耗以及大气吸收、雨水/气体散射和视距问题等因素导致的损耗,我们需要进行技术革新。这些应用需要全新设备将具有很高的集成度,这使得通过电缆建立物理测试连接将成为异常艰难或不可能完成的任务;因此对于 5G 来说,OTA 测试至关重要。

波束成形

由于上述损耗,较高频率下的信号吸收率会变得更高。为了实现必要的通信距离,提供商需要提高发射机的功率,或将移动设备的辐射能聚焦为尖窄波束。这一过程需要新的天线结构和阵列,确保以适当方式聚焦波束。需针对聚焦波束设置空间或方向组件,以确保波束指向正确,并确保在出现通信信道阻塞时切换波束。这种波束成形技术将利用 UE 的不相关位置同时向不同的 UE 发送数据,从而使得名为 MIMO 的多天线理念得以延伸。此外,波束成形指向特定UE,专门排除指向其他UE,因此也有助于降低能耗。

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